往复活塞式压缩机结构及力学分析

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1、.1往复活塞式压缩机结构及力学分析1.1往复活塞式压缩机活塞杆与十字头组件1.1.1活塞杆与十字头组件的组成1.1.2活塞杆与压缩机装配后的垂直跳动量限制与分析1.1.3活塞杆结构设计1.1.4活塞杆与十字头连接方式1.1.5十字头体、滑履、十字头销1.2活塞组件1.2.1活塞结构1.2.2柱塞结构1.2.3毂部设计及与活塞杆的连接方式1.2.4活塞的材料及其质量支承面1.2.5双作用活塞主要尺寸确定和强度计算1.2.6活塞组件失效与修理1.3往复活塞式压缩机活塞杆所受综合活塞力的计算1.3.1往复压缩机的气体力1.3.2往复压缩机的惯性力1.3.3相对运动表面间的摩

2、擦力1.3.4活塞杆所受综合活塞力...1.1往复活塞式压缩机活塞杆强度校核1往复活塞式压缩机结构及力学分析1.1往复活塞式压缩机活塞杆与十字头组件1.1.1活塞杆与十字头组件的组成该组件包括活塞杆、十字头及十字头销三个主要零件，此外还有相应的一些联结零件。它们处于气缸与机身之间，其一端连接活塞，另一端连接连杆，而十字头滑履又支承在机身滑道上，故处于极为重要的部位。在压缩机的运行中，该处极易发生事故，并造成重大的破坏，例如连杆小头衬套烧损、活塞杆断裂等。此外，活塞环、填料非正常失效，往往是活塞杆倾斜引起的。并且，十字头滑履与滑道之间的间隙还是检验其机身与曲轴、连杆等运

3、动部件总体精度的重要指标，新压缩机的十字头滑履与滑道的间隙应控制在，其中D为十字头直径。1.1.2活塞杆与压缩机装配后的垂直跳动量限制与分析活塞杆在压缩机运行过程中能否平直运动十分重要。API618中，对活塞杆的径向跳动的公差作了规定，即水平径向跳动量为，其垂直径向跳动为在活塞杆热态预期径向跳动的基础上每1mm行程不大于（S为活塞行程）。另有资料指出：活塞杆水平跳动时，如安装合适则一般无需调整，其跳动量一般不会超过0.08mm。冷态垂直跳动许用值见表2-1.表2-1活塞杆冷态垂直跳动量许用值Table.2-1Thepistonrodcoldverticaljumpal

4、lowablevalue气缸直径/mm冷态跳动量/mm120~2000.000~0.050240~2900.012~0.063330~3800.038~0.088445~5200.063~0.139585~6750.100~0.165活塞杆倾斜或下沉原因：a)气缸与活塞之间的间隙及十字头与滑道间隙冷态时不等，故使装配后活塞杆呈倾斜状态，如图2-1所示。一些压缩机制造者称：新压缩机空负荷运行45min后停机测...量，活塞杆在一个行程内的跳动量为零。压缩机长期运行后，活塞与气缸的通常均大于十字头与滑道的磨损。在有油润滑时后者润滑丰富，前者则相对较差；在气缸无油润滑时，具

5、有自润滑性能热塑性材料承压面的磨损，更要大于十字头与滑道的磨损，故活塞杆会形成倾斜。工业上重要的压缩机，在填料压盖处应设位移传感器，在超出一定值时便要报警，然后调整活塞杆或更换支撑环。图2-1由十字头与十字头滑道及气缸与活塞间隙形成的倾斜a)活塞杆自身质量形成的挠度，如图2-2所示。在大型压缩机中，尤其是具有两个隔腔的无油润滑压缩机，沉降量应进行认真计算与测量。挠度可按均布质量载荷q简支梁计算，下沉挠度曲线方程为最大挠度，活塞外端面转角，其中式中：为活塞杆径；为十字头端面至活塞轴侧端面的距离；为材料密度；为材料弹性模量；为活塞杆截面二次矩，。图2-2活塞杆自身质量形成

6、的挠度1.1.1活塞杆结构设计...活塞杆本身就是一直杆，按其与活塞及十字头的连接方式，结构可分为两类：活塞杆两端具有螺纹，通过螺母与活塞及十字头紧固；活塞杆两端均为凸缘，通过压板和螺钉与活塞或十字头相紧固。活塞杆的结构设计直接影响到活塞杆的静强度和疲劳强度，最大承受拉力，活塞杆刚度等。在活塞杆断裂事故中有一部分事故的主要原因就是因为不合理的活塞杆结构设计所导致的。设计与制造精良、安装与运行操作正确时，两种结构都是安全可靠的。有些设计中把凸缘改为法兰，或一端为螺纹另一端为凸缘，设计者可统筹考虑。当气缸为无油润滑时，填料为自润滑材料。为防止该处因摩擦而产生的热量导致温度

7、达自润滑材料玻璃化（软化）温度，并导致密封原件产生“冷流”，活塞杆与填料接触长度范围内应进行冷却。冷却液为曲轴箱中润滑油，由润滑系统供油经十字头体再由接管或钻孔导入活塞杆内。活塞杆内钻孔中插有一根油导向管，令油先沿杆内壁流动导走活塞杆上的热量，再由导向管内流出活塞杆并回到曲轴箱。自润滑填料的隔距环也应进行冷却，冷却介质一般为水。当高压级活塞杆直径小于3d时（d为活塞杆直径），还可将活塞与活塞杆制成一体。活塞杆的材料、性能、热处理方法及填料接触的表面硬度，见表2-2。表2-2活塞杆常用材料性能和处理方法Table.1-1Thepistonrod’sma