淺談隔膜壓縮機雙作用結構的應用

王曉龍 張秋穎 郭殿文 路偉 安俊霖

摘 ?要：由于隔膜壓縮機不污染介質(zhì)的特性，越來越多的行業(yè)開始使用隔膜壓縮機來代替普通活塞式往復壓縮機，而雙作用結構更是在保證大氣量、高壓比的情況下提高了壓縮機運行的穩(wěn)定性。本文介紹了隔膜壓縮機雙作用結構的工作原理及應用。

關鍵詞：隔膜壓縮機;雙作用;工作原理;應用

中圖分類號：TH45 ??文獻標識碼：A??文章編號：1671-2064（2019）16-0000-00

0 引言

隔膜壓縮機主要由液壓油增壓系統(tǒng)和氣體壓縮系統(tǒng)兩部分組成，一組三層膜片通過靜密封將兩個系統(tǒng)完全的分開，保證了氣體在被壓縮的過程中不會受到任何的污染，特別適用于一些稀有、易燃易爆、有毒有害、對純凈度要求極高的氣體的壓縮。

隨著各行各業(yè)的不斷發(fā)展，人們對氣量、壓力、純度的需求越來越高，而氣量越大、排氣壓力越高，造成隔膜壓縮機內(nèi)部運動部件所受到的氣體力、綜合活塞力、十字頭銷載荷越來越大，不得不通過增大所選的機型來滿足受力的要求。而一般的隔膜壓縮機大多為蓋側單作用結構，使得十字頭銷處沒有反向角。API618中規(guī)定襯套的設計（如有槽襯套）具有經(jīng)證實的可靠性，在 3%幅度活塞桿反向只有 15 度。簡單的襯套設計（無槽）可能要求最小 45 度的活塞桿反向和 20%的幅度。

對于小機型（10噸以下綜合活塞力）而言，可以通過采用活塞尾端“T”形結構，與十字頭采用浮動連接，使活塞在做往復運動時可沿徑向自由竄動，自動找正，改善反向角對十字頭銷的影響。但是對于所受活塞力較大的大機型而言，活塞尾端“T”形結構無法承受較大的活塞力，壓縮機運行不平穩(wěn)，噪聲大，此時宜采用雙作用的結構。

1 雙作用隔膜壓縮機工作原理

如圖1所示：一級的活塞和二級的活塞在同一根活塞桿上，一級的活塞直徑大于二級的活塞直徑。當活塞向蓋側運動的過程中，一級氣缸油腔的體積逐漸減小，腔內(nèi)的油壓逐漸升高，當油壓大于氣腔的氣壓時，膜片將克服氣體壓力，從而貼向缸蓋的穹形表面，將氣腔內(nèi)的氣體排出;與此同時，二級氣缸油腔的體積在一、二級活塞直徑的差值作用下逐漸增大，腔內(nèi)的油壓逐漸降低，當油壓小于氣腔的氣壓時，膜片將克服油的壓力，從而貼向配油盤的穹形表面，使氣腔吸入氣體。

當活塞向軸側運動的過程中，一級氣缸油腔的體積逐漸增大，腔內(nèi)的油壓逐漸降低，當油壓小于氣腔的氣壓時，膜片將克服油的壓力，從而貼向配油盤的穹形表面，將氣體吸入氣腔當中;與此同時，二級氣缸油腔的體積在一、二級活塞直徑的差值作用下逐漸減小，腔內(nèi)的油壓逐漸升高，當油壓大于氣腔的氣壓時，膜片將克服氣體的壓力，從而貼向缸蓋的穹形表面，將氣腔內(nèi)的氣體排出。

2應用

（1）10噸以上綜合活塞力的機型需采用雙作用的結構，用以消除反向角對壓縮機的影響，十字頭銷的潤滑得以保證。雙作用結構對稱的兩列受力情況完全相同，使得壓縮機運行更加平穩(wěn)。

（2）10噸以下綜合活塞力的機型，若為兩級壓縮，且每一級膜片的直徑都很大時，也宜采用雙作用結構。因為膜片的直徑大，意味著氣缸缸蓋的尺寸更大，活塞的直徑也很大，因基礎件本身（機身、曲軸、連桿、十字頭）尺寸較小，使整個機組看起來不是很協(xié)調(diào)，機組的振動也會過大。若采用雙作用結構，即通過增加氣缸的數(shù)量減少了膜片及缸蓋的尺寸，也減少了活塞直徑的大小，同時機組運行也更加平穩(wěn)。若每一級的膜片直徑不大，單作用結構即可，避免了增加氣缸數(shù)量造成的成本的增加。

（3）基于活塞密封的考慮，排氣壓力大于35MPA時不宜采用活塞環(huán)式的密封結構，而需采用柱塞式的密封結構。

然而柱塞式的活塞本身要求與氣缸缸徑的間隙非常小，所以此結構不宜應用到雙作用氣缸的結構當中，主要是因為雙作用結構的活塞較長，間隙小時安裝極其困難。所以柱塞式的活塞結構主要應用在蓋側單作用的結構當中。

3實例分析

現(xiàn)有一組氫氣隔膜壓縮機的基本參數(shù)為：進氣壓力29.8bar（G），排氣壓力200bar（G），氣量1100Nm³/h。

方案初定為蓋側單作用結構，兩級壓縮，D型布置，每級一個膜頭，級間壓力78bar（G），行程210mm。通過計算得出：

氣缸直徑：一級145mm，二級95mm;各列受力情況如圖2/3/4所示。

從圖2可以看出氣體力無反向角。

從圖3可以看出在氣體力和往復慣性力綜合作用下，十字頭銷處并不存在反向角反向角。

改用雙作用結構方案重新計算，每級各有兩個膜頭，同樣通過計算可以得出：

氣缸直徑：一級105mm，二級68mm;各列受力情況如圖5/6/7所示。

從圖4可以看出氣體力存在反向角。

從圖5可以看出在氣體力和往復慣性力綜合作用下，十字頭銷處反向角為160°，滿足API618的設計要求。

對比單、雙作用氣缸受力圖，可以看出雙作用氣缸各列所受氣體力比單作用的小100KN，所選機型大大降低。

4 結語

目前，沈陽遠大壓縮機有限公司為空氣化工（南京）有限公司生產(chǎn)的MD12-D-1000/29.8-200型氫氣隔膜壓縮機，雙作用結構，最大許用綜合活塞力12噸，氣量1000Nm3/h，排氣壓力達到200barg，已經(jīng)在用戶現(xiàn)場投入使用，各項參數(shù)滿足設計要求，運行平穩(wěn)，得到了用戶的認可。

參考文獻

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收稿日期：2019-07-10

作者簡介：王曉龍（1989—），男，遼寧沈陽人，本科，研發(fā)部室主任，工程師，主要從事特種壓縮機的研發(fā)工作。