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往复活塞式压缩机冷却方式的选择

       往复活塞式压缩机的冷却方式，由最初的直排水冷却式逐步发展到现今的三种冷却方式并存：循环水冷式，水风混合冷却和全风冷式。

应结合压缩机个体的具体状况，客观、科学地看待压缩机的冷却方式。

压缩机气缸、各级冷却器均为循环水冷方式，当然是可行的。直排水冷却方式，则因其无谓地浪费水资源，并增大工业废水处理负荷而断不可取。

压缩机气缸为循环水冷却，各级冷却器为风冷式，这种复合冷却方式亦可行。

闭式循环冷却水系统需配散热器，因此，和风冷却式冷却器一样，它也必备冷却用风扇。轴流式冷却风扇的迎风面积大，是强噪声源。若处理得当，双轴流式冷却风扇的总噪声将低于大直径单轴流式冷却风扇。被加热的冷却风的流向，是水平、斜向上方或竖直向上，彼此间存在着合理性方面的差异，需按具体情况而定。

压缩机气缸风冷或自然冷却，各级冷却器风冷，这种全风冷的冷却方式适应广泛的环境条件，优越性突出。它使压缩机可运行在严寒、酷热和无水条件之下。图6（参见本文上部之图6）所示压缩机即气缸自然冷却、各级冷却器为风冷者。此种冷却方式应用于CNG压缩机，始于廿世纪90年代中期。

全风冷式CNG压缩机，具有全天候地域运行的极强适应性，在水冷式机难以应对的高寒、缺水地区也能正常工作。全风冷式CNG压缩机，其气缸有散热片吹风冷却（或无散热翅片而是自然冷却），各级气体冷却器、传动机构润滑油冷却器则以翅片管构成，由冷却用风扇强制引风（或鼓风）冷却。传动机构润滑油系统在机身油池内设电加热器，气缸、填料润滑系统在大容量注油器中也设置电加热器，这更确保了在高寒地带运行的可靠性。扇叶为奇数的轴流式冷却风扇，由于回避了偶数扇叶的噪声叠加作用，而可使噪声有所降低。

引风式风冷器有助于削弱冷却风的涡流，从而较鼓风式风冷器的换热效率稍高。

以吸排气压力、供气量皆相同为比较前提，全风冷式CNG压缩机的制造成本确高于水冷式。其中，除了风冷器、冷却风扇及其专用防爆电动机的价格因素，还有就是位于市区加气站时需将压缩机覆以高造价的隔声罩。既需逸散巨额热量，又必须有效屏蔽强噪声的隔声罩，使全风冷CNG压缩机组的噪声远低于无隔声罩的水冷CNG压缩机组。

如若跳出不同冷却方式的CNG压缩机之间价格比较的小圈子，移至加气站成套设备费和占地费用比较的大格局上，便可发现由不同冷却方式CNG压缩机组成的站，其建站总费用相差不多，然全风冷者更为经济。开式循环水冷CNG压缩机或混冷CNG压缩机皆需建压缩机房，而全风冷CNG压缩机则无需建房，土建费用相差不少。开式循环水冷式CNG压缩机需配置循环水泵、混水池和玻璃钢凉水塔，混冷式CNG压缩机也需配置水泵、散热器及风扇，这都需要支出附属设备费或再多占据昂贵的市区地皮。至于闹市区加气站用风冷CNG压缩机需配置隔声罩而由此引起的成本增高，也要具体分析：风冷机免除了冷却水系统后，水冷却系统占地费、设备购置费、运行费的降低是多少？改水冷却间接换热为风冷直接换热后，换热效率的提高又是几多？

而当全风冷式CNG压缩机之单机供气量为其它冷却方式CNG压缩机单机供气量之倍时，由全风冷机组成的加气站将获得三个方面的社会经济效益：总设备费低，占地面积小、征地费少，噪声低。

从控制CNG压缩机的排气温度、利于安全运行角度，客观来讲，既不能认为水冷式压缩机一定安全可靠、排气温度低，也不能认为风冷式压缩机排温一定高。

正常的风冷式CNG压缩机，其排气温度可有效地控制在许可范围内，安全性有保障，并不亚于水冷机。水冷机需实施水的二次换热，不仅总换热效率低于直接换热的风冷式，还要配齐相关的动、静设备，其购置费、运行费并不少于风冷机，且总占地面积大于风冷机。

与CNG压缩机安全运行密不可分的CNG压缩机排气温度值，不论CNG压缩机的冷却方式为何种，皆以180℃为安全。当然，带压天然气的含油量不能超标，带压天然气的气流速度也应在允可范围之内。

国外CNG压缩机冷却方式变迁的客观实际是：由水冷、小型机风冷并存但以水冷为主导，发展为大、中、小型CNG压缩机皆用风冷，其占压倒性优势。

中石油化工集团公司江汉石油管理局第三机械厂具有自主知识产权的2D4-3/3-250型CNG压缩机，开创了国产全风冷CNG压缩机之先河。2000年以来，2D4系列CNG压缩机的制造和运行实践，为全风冷CNG压缩机技术积累了宝贵的经验。继三机厂后研发全风冷CNG压缩机的诸企业，也为客户应用国产风冷机作出了贡献。从总体上说，全风冷CNG压缩机在国内已拥有良好的设计和制造基础，其中一些型号更可谓日臻成熟。

开式循环水冷却系统，在其玻璃钢冷却塔处轴流风扇的强曝气作用，使水中的氧气分压力提高，从而使亲水金属的腐蚀速率大增--烂穿只是早晚的问题。

因此，北美某压缩机名企，自从1967年以150HP往复活塞式压缩机起家以来，发展到如今的5000kW级工艺流程用往复活塞式气体压缩机，其冷却方式一直是全风冷式。

如何解决压缩机的高热量问题呢？确保风冷器的冷却效果是核心。此外在压缩级数和同名气缸数方面，需视压缩机的总压力比和容积流量大小，以及压缩介质的比热比K=Cp/Cv 特性来合理确定。如，压缩级数较相同总压力比的水冷压缩机多一级。又如，容积流量大时，第Ⅰ级的气缸数为水冷压缩机气缸数之倍，从而减小了气缸直径，有助于散热。

表3罗列的是多型号全风冷CNG压缩机在多种吸气压力时，以空气为介质的实测数据。这无可置疑地证实了全风冷CNG压缩机排气温度的安全性。

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水冷却的三层壁气缸，向结构简化多了的自然冷却气缸（或带散热片的风冷气缸）的转化，大大简化了制造过程，降低了铸废率，降低了成本。

上部排风的冷却风之流向，既利于被翅片管加热后温度升高、密度降低的冷却风同向流动，还有助于降低风扇噪声在水平方向的辐射。

图7为上排风的多型号全风冷CNG压缩机橇装机组，其导风口为1或2。

往复活塞式压缩机传动机构的反向润滑

a.反向润滑油路系统（图8）

（a） 采用外置齿轮油泵、外置油冷却器。外置齿轮油泵的好处在于供油时间可以灵活控制,也为日后其它功能提供方便。如在寒冷地区可以对油预热以后再供油，可以有效地保护机器。外置油冷却器同时起到相当于增加机身油池容量的作用，也便于油冷却器的清洗和密封。

（b）逆止阀的设置，可以避免由于停机以后油路压力消失而造成的润滑油回流，使重新开机以后供油顺利。

（c）采用粗滤与精滤两级过滤设置可以避免由于油过滤不彻底而造成的机器意外磨损及损坏。

（d）溢流阀的设置可以灵活控制油压，避免了油压的高低起伏，从而延长机器的寿命。

（e）油压表设置于精滤器后，能提供真实润滑用油压，为精确控制提供了保障。

（f）油路为一个进油口和3个回油口：调节溢流阀以控制油泵油压，若油压过高，则高压油穿过溢流阀直接回机身油池。油泵泵出的压力油经过油精滤器后分成两路：一路直接到机身两侧的轴承，然后回机身油池；另一路先到机身滑道的注油点，然后经十字头销、连杆、曲轴，最后回到机身油池。

b.反向润滑油路系统的突出优点

百年来，中型往复活塞式压缩机的传动机构的压力润滑系统是由曲轴的非动力输入端轴头带动油泵，压力油经曲轴内油孔润滑曲柄销/连杆大头瓦，再挤入连杆体油孔输达连杆小头衬套/十字头销处，最终对十字头/十字头滑道实施润滑。此种“正向润滑”系统，当相关零件的设计制造和装配无误，润滑油牌号及油压、油量又适当时，能够保证压缩机传动机构运行正常。

长期以来，有十字头压缩机的运行实际状况表明，传动机构故障几率最高的组件是十字头。十字头（或滑履）烧研，十字头销“镀铜”、磨损过快或烧研等情况，屡见不鲜。究其原委，除了润滑油牌号不当、油压过低和流量过小，十字头（滑履）/十字头滑道机械加工失当或变形之外，连杆小头衬套材质欠佳及比压值过高是最主要因素。

使十字头销/连杆小头衬套比压值减小的有效途径，是将其直径值改大，即破除传统的十字头销外径被拘泥于不大的尺寸的设计。

一反“正向润滑”油路使十字头体、十字头销成为油路末梢、油压极低处的传统设计，改为“反向润滑”，使油泵以最高压力首先向十字头体、十字头销强劲供油，甚为合理。此“反向润滑”系统的开拓者，当推德国BORSIG公司。

中石化江汉三机厂率先在国产CNG压缩机中开发成功“反向润滑”系统。其2D4系列CNG压缩机的“反向润滑”系统与传动件承载面的极低比压值（表4）相配合,取得了工作面温升低及实测磨损量极微的良效。

反向润滑油路系统的突出优点，可以高度概括为：

首先，高油压和大直径、低比压值的十字头/十字头销相得益彰，确保十字头/十字头滑道、连杆小头衬套/十字头销润滑可靠，杜绝烧研、“镀铜”，有效地控制磨损量，使十字头销/连杆小头衬套和十字头/十字头滑道不再是压缩机传动机构的最薄弱环节。

其次，在比压值相对较低的曲柄销/连杆大头瓦处获可靠润滑的同时，已无需在曲轴上再开设油孔。免除钻削、倒圆油孔之烦还在其次，根除曲轴油孔处的严重应力集中，提高曲轴强度、增强曲轴刚性，则是最大收益。当压缩机为多曲拐时，曲轴不开油孔的作用就更大了。

正因为反向润滑油路系统的优点突出，又为众多机型的运行实际所雄辩地证实，故而采纳反向润滑油路系统的压缩机和著名压缩机制造企业明显增多。

c.反向润滑油路系统的关联点

（a）润滑油泵

反向润滑油路系统的油泵，应独立于压缩机体之外，由单独的电动机驱动。在驱动压缩机的主电动机启动前，润滑油泵应先行运转。油泵泵出最高压力润滑油，首先向压缩机的十字头滑道注油，以并联油管同时向主轴承供油（或以并联油管向承受内气压的闭式机身的机械密封注油进而再润滑主轴承）。

（b）关联摩擦副的间隙与尺寸

十字头体/十字头滑道、十字头销/连杆小头衬套、曲柄梢/连杆大头瓦等，这些与反向润滑油路系统紧密关联的各摩擦副处的间隙，都必须严格控制。无论压缩机在刚启动时传动部件处于冷态，或者满负荷连续运行时传动部件处于热态，各摩擦副处的间隙值都必须处在设定的合理范围之内。这就对设计、制造、装配各环节提出了严格要求，其严格程度显然高于采用正向润滑系统时。

十字头体（或十字头滑履）的圆弧形摩擦面上的润滑油槽设计，关乎到反向润滑系统的成败，切不可掉以轻心。该圆弧面上的几道环向、纵向油槽的几何位置，在十字头往复运动过程中，都应保证自十字头滑道注油孔强力输入的压力油通向十字头体内的油路畅流无阻。圆弧面上开设之各油槽的极端位置，与弧面的环向、纵向边缘的距离，务必不少于某一尺寸。否则，油泵输达十字头体/十字头滑道处的最高油压值将无法保持，从而招致因油压过度衰减造成反向润滑失效。

（c）油路的当量截面积

反向润滑系统的油路，其各处当量截面积应持保持相等，避免出现当量截面积变化为忽大忽小的不合理状况。当量截面积相等的油路，免除了油压的节流/扩张损失，有利于保持油压强劲的势头。

（d）压缩机结构型式与注油点的分布

压缩机的结构型式对称平衡型、V型、L型、W型、倒T型、立式与在其十字头滑道上注油点的分布，有着极其紧密的关联，盖因系实施反向润滑所致。

立式压缩机，包括L型、倒T型压缩机的立列在内，其各列十字头滑道的两侧，均应各设置1处注油点。仅在十字头滑道的一侧设置1处注油点之举，断不可取，因为这样容易造成十字头滑道的另一侧润滑失效。压力油极易从十字头/十字头滑道的间隙流出，这是显而易见的。只有在立列十字头滑道两侧各设1处注油点，才能确保十字头滑道两侧均获良好润滑，以及十字头销/连杆小头衬套及其以后的各摩擦副润滑状态才会有保证。

雷同的道理, V型、W型压缩机中的各倾斜列，其十字头滑道两侧亦均应各设置1处注油点。

至于对称平衡型压缩机的各列，包括L型、倒T型压缩机的卧列在内,只要其功率、活塞力不太大（自然其传动部件的几何尺寸也不太大）,只需在每一列十字头滑道的上部设置1处注油点即可。这样的设计，不但十字头和下侧滑道间的润滑有保证，也便于压力油将油路中可能存在的细屑顺畅地向下冲刷。在卧列十字头滑道的上、下部各设置1处注油点之举，当压缩机功率、活塞力较大时，是有益的。顺便提及，对称平衡型压缩机中相对两列的十字头运动状态不尽相同，其中一列被连杆压着向下方并沿水平方向往复运动，相对的另一列则有一定程度向上方挑起运动的趋向。这样的十字头运动状态，对于十字头滑道注油点的布置不产生影响。

往复活塞式压缩机的活塞杆内通油冷却结构

可以认为，活塞杆内通油冷却结构的开拓者，是日本石川岛播磨重工业株式会社（IHI）。二十世纪七十年代初，该结构通过日刊《产业机械》自扶桑西渡至神洲。

往复活塞式压缩机的气缸填料/活塞杆滑动摩擦副以压力油内冷却，运行效果良好，业已由多家压缩机企业的实践所证实。该摩擦副处的工作温度趋低，显然甚利于保障填料的长寿与正常工作，并可减少填料处的气体泄漏。中空活塞杆以压力油内冷却结构，如图9所示。来自连杆大头的传动机构带压润滑油，经连杆杆身强制输达连杆小头后，通过十字头销9上的中心油孔进入冷却油接管10，再经十字头体4上钻出的油孔抵达活塞杆1和十字头体4之间的环形空间（由O型环5、6所密封），然后来到导油管2的外壁和中空活塞杆1的内壁之间。吸收了填料和活塞杆产生的滑动摩擦热之后，自导油管2前端的钻孔进入导油管内壁形成的空间，最终流经导油管压紧螺母11处的孔道喷溅至十字头销座和连杆小头部位，从十字头滑道流返机身内的润滑油池。

大型往复活塞式压缩机活塞杆与十字头的液压联接方式

德国BORSIG公司首创该联接方式，借助于三次施加并释放达150MPa的超高油压，使受力零件产生了预应力，有效地降低了纯机械联结方式无可避免的使活塞杆螺纹承受之高应力幅。传统结构大直径活塞杆螺纹根部的严重应力集中也自不存在，保障活塞杆可靠工作。

由于设计、机械加工、热处理工艺、材质选择或安装不当，而引发的活塞杆螺纹根部应力集中，或产生发纹进而疲劳断裂的现象，在此种联接方式中是不存在的。如图10，活塞杆2无螺纹，在端部有凸缘。十字头体1的内螺纹和螺圈5配合，螺圈5上装有止点调整环7，将7旋转可调节活塞内外止点之间隙。承压螺圈12紧靠螺圈5，其上旋有大螺母11，11的端面支承在十字头体1上。向盖行程时，活塞杆所受之压力经承压螺母11和承压螺圈12传到十字头体1上。向轴行程时，活塞杆所受之拉力则经由止推圈3作用至螺圈5，经螺纹传递到十字头体1上。预紧力由液压上紧机构完成。压力油自接头13注入油腔，油腔的一侧设有密封橡胶圈10，故在高压力油的作用下使活塞杆2伸长(设计值)，然后轻拧螺母11，再释放油压即可。

典型的中型往复活塞式压缩机

今将活塞力40kN～100 kN的国外典型的中型往复活塞式压缩机参数列于表5。

表5所列典型机型，皆为业已经过海内外运行实际考验，笔者亦首肯为可靠性良好者。

表5中参数以对应于不同活塞力值的传动部件几何尺寸为主导。当然这些几何尺寸与转速、行程、功率皆紧密关联。这些尺寸，当是新型压缩机设计者的主要借鉴和可靠性评估的重要参照。

表中反映出，随着设计水准的进步和新颖材质的采用，往复活塞式压缩机的转速得到适当提高，行程适当缩短，而活塞平均速度增长幅度不大。其实际效果是，往复活塞式压缩机重量减轻、体形减小、制造成本下降，比功率消耗却基本不变。

切记：转速、行程是参数、是途径、是措施，而决非终极目的和争相攀比的目标。转速不是越高越好，行程也不是越短越好，更不可脱离国情择定。

安全、可靠、节能、绿色的压缩机，在策划设计阶段其基本参数的选定至关紧要。气阀、填料、活塞环的材质、性能、寿命，对于往复活塞式压缩机基本参数的确定，具有一票否决的影响力。不能超越这些关键易损部件的实际可能来确定基本参数。

透平压缩机

1、内置透平膨胀级、以电动机驱动为主的齿轮式离心压缩机组，日益受到青睐。

借助于齿轮箱变速机构，把透平膨胀级熔入并和各级离心式叶轮共同复合成的，具有强力能量回收功能之离心式压缩机组，虽问世六年，却因极为高效节能（如30％），社会效益、经济效益双突出，而在全球范围的大型石油化工、化工企业里迅速得到推广。它不但提高了企业的能源利用率，还免除了以往回收过热蒸汽能量所需之膨胀机发电机组，该机组的占地、能量转换效率损失、管线和电缆联结亦皆获免。大型企业可回收的高额能量，正好可直供给本企业里耗电最巨的大型离心压缩机。

2、国产离心式和轴流式压缩机的大容量化、多介质化及更高压力趋向的进程迅猛，最大单机功率已接近国际高值，大型单机组售价已超亿元，三元流设计、干气密封、精密制造、自控、反喘振等诸元接近国际先进水准，大型机组年产总台数已雄踞世界前列，在国内流程工业用压缩机中拥有的份额（按金额计）显著提升。

3、市场空间广阔的紧凑型齿轮式离心压缩机组，国内已初步培育了几个小批量制造体系。其中，空气介质机组和氧气介质机组的基础条件较好。眼下，紧凑型齿轮式离心压缩机组之设计/制造技术拓展空间依然很大，更多介质的应用和市场需求前景看好。

4、轴流压缩机、离心压缩机皆早已雄踞各类型压缩机功率、流量的顶端多年。现今离心压缩机小型化暨产业化之进程，远高于其起步阶段的四十年前，事实上，其已冲击到了容积式无油回转压缩机。

来源于中国压缩机网