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压缩机辅助机械设备

第五章压缩机的辅助设备

第一节压缩机的冷却和冷却设备

一、概述

（一）、压缩机装置中的冷却部位

1、级间冷却其优劣直接影响到压缩机工作的可靠性与经济性

2、后冷却被压缩气体排出压缩机后进行后冷却。

其目的是：

1）改善气体品质。

后冷却使气体温度降低，使气体中所含水分与油雾便于分离。

2）减少气体流动阻力损失或减小气体管道直径。

排出气体经后冷却，其比容积进一步减少，由此在管径不变时可减小气体流动阻力损失，或保持流速不变时则管道直径可减小。

3、润滑油冷却往复压缩机中的润滑油冷却，是为保证其运动部分能得到合适粘性的润滑油进行润滑。

回转压缩机中，当用润滑油进行内冷却时，对润滑油的冷却主要是间接导走被压缩气体的热量，使润滑油降低温度而可循环使用。

4、气缸冷却详见前述章节压缩机气缸设计内容。

（二）、对冷却系统与设备的要求

1）必须满足热力设计中对级间冷却与后冷却的温度要求，即能释放所应导走的热量。

2）总传热系数高，使冷却器结构尺寸小、重量轻。

3）流动阻力损失小。

这在气侧可减少压缩机所消耗的功，也减少了热交换器的热负荷（因为由流动阻力转变的热量减少了）；在水侧可减小泵功消耗；风冷时减少风机功耗。

4）系统应简单、可靠，便于清理与修理。

二、冷却系统设计

（一）、冷却介质选择

1．空气主要用于移动式或撬装式压缩机，以及缺水的场合。

2．水水能承担比空气更大的热负荷传递，故适用于中、大型压缩机。

但是，多数情况下冷却被压缩气体后升温的水，仍需由空气进行冷却，以使水能循环使用。

3．润滑油主要用于回转压缩机内冷却。

但冷却后的润滑油大都也需由空气进行冷却，以便进行循环使用，仅在水源丰富时用水再冷却润滑油。

（二）、风冷式冷却系统

1．微型风冷压缩机装置如图5-1所示，其结构比较简单，大都利用带轮轮辐作成风扇，把排气管道作成盘管（光管或带翅片）；由风扇形成的气流先通过盘管再冷却气缸。

2．小型风冷压缩机装置为使冷却气流均匀，中间冷却器置于风扇进气侧，由风扇抽气冷却，气缸置于吹风侧，为保证气缸良好冷却，应设置导流罩。

3．中型风冷多级压缩机装置图5-2为Arid公司天然气汽车加气站用风冷四级天然压缩机装置。

图中压缩机为对动式，为方便管道布置，组合式风冷冷却器配置在压缩机非驱动侧，冷却器风扇由单独的电动机经皮带传动来驱动。

若为立式或角度式压缩机，且不做成集装箱式结构，则冷却器可安置在压缩机上部。

（三）、水冷式冷却系统

1、按冷却水通过气缸与中间冷却器顺序分类

（1）串联式冷却系统如图5-3所示，串联式冷却系统中，冷却水先进入中间冷却器，再顺序流经第Ⅰ级与第Ⅱ级气缸，最后流经后冷却器后排出。

该系统特点是：

结构简单、水温升较高、水耗量较少，其缺点是发生故障时检查不方便。

这是两级压缩机常用的形式。

（2）并联式冷却系统如图5-4所示，冷却水从总进水管分别流到各级气缸与中间冷却器，然后再分别流入总排水漏斗。

这种系统水量可分别调节，冷却效果良好，查找故障方便，但系统管线较复杂，水耗量相对于串联式要高一些。

（3）混联式冷却系统冷却水分别从总水管引入各中间冷却器，然后分别导致相应的各级气缸，最后汇入总排水管。

该系统兼有并联与串联的优点，主要用于多级压缩机。

2、按冷却水应用方式分类

（1）开式冷却系统

1）冷却水一次性使用。

当压缩机装置靠近江、河、湖泊等水源，并可直接应用时，冷却水因冷却气体而升温后，即排入水源下流处。

此种场合应特别注意水质要求及是否会污染水源。

一次性地用城市供水系统的水源是非常不经济的，仅在不经常使用的小型压缩机装置允许应用。

2）冷却水循环使用。

冷却水因冷却气体而升温后，再送至水冷却塔或水冷却池进行冷却，然后再循环使用。

此种系统水质容易控制，并且不会污染环境，但需定期补充水，并且冷却塔与管道配置及水泵要增加一次性投资，泵与冷却塔中的风扇也要消耗电能，它们实际上也要加入到单位气体的耗电量中。

（2）闭式冷却系统冷却水始终置于管道内。

因冷却气体而升温的水，再通过专门的热交换器释放热量。

导热的介质在缺水地区为空气；在有水源但不宜直接用于级间冷却时（如海水），则可考虑用水冷却，但此种热交换器应特殊设计。

第二节第二节       压缩机噪声和噪声控制措施

一、噪声控制标准

人不能没有声音，一个人在绝对无声的环境中呆3~4h就会失去理智，但是过强的噪声对人体健康和生活有害，故需要合适地控制。

这就要建立噪声控制的标准和法规。

我国已建立一系列标准，其中在劳动保护方面有《工业企业噪声卫生标准》；环境保护方面有《城市区域环境噪声标准》、以及一些机器的噪声控制标准等。

1．《工业企业噪声卫生标准》（试行草案）简介

该标准规定工业企业的生产车间和作业场所的工作地点，噪声标准为85dB（A）（脉冲声除外）。

这是针对每个工作日接触噪声时间为8h计算的。

若工作时间每减半一次，则可再放宽3dB（A）；若现有企业暂时达不到标准，可适当放宽5dB（A）。

2．《城市区域环境噪声标准》简介此标准所规定的城市各类区域环境噪声标准值见表5-1。

对于夜间频繁突发出现的噪声，其峰值不超过标准值10dB（A）（如风机、排气噪声）。

夜间偶然出现的突出噪声（如短促鸣笛声）。

则其峰值不超过标准值15dB（A）。

3．压缩机噪声控制标准压缩机属于产生噪声的高噪设备。

根据1987年开始实行的噪声防治法规定，凡是高噪设备，必须有噪声控制指标。

由于压缩机大小不一，种类又繁多，不可能有同一的控制标准，目前只是对批量大、用途广的一些空气压缩机、制冷压缩机等制订了标准。

二、压缩机噪声源

（一）、概述

压缩机是一种高噪设备，从声源控制噪声，是噪声控制最根本而又有效的措施，为此首先必需对压缩机的噪声源及其特性进行分析。

压缩机的噪声频率比较宽广，一般有影响的主要峰值频率在20~2000Hz之间。

压缩机的声源是一种综合性的机械噪声源，从性质上讲，它包含了机械性噪声和空气动力性噪声两种类型。

从发声部位上讲，压缩机的各个零件都会发出噪声，只是噪声的强弱与频率的高低有所不同，各种压缩机的噪声源部位及其传递途径大体上是类似的。

（二）、噪声源

1、1、 气缸内气体压力变化产生噪声

当压缩机工作时，气缸内气体压力发生周期变化，这种气体压力变化产生缸内的气体声，同时激发起活塞、气缸、缸盖、连杆、机体等零部件的振动、冲击而发出固体声，这是产生压缩机噪声的重要来源。

2、2、 切向力波动引起噪声

往复压缩机切向力的波动，会引起压缩机倾覆力矩的波动，从而引起机器的摇摆。

它们引起机器较大的摇摆角振动，有时会引起曲轴启动时的扭转共振。

高频波动还会引起与压缩机本机相连的某些中冷器、管道等部件产生强烈振动响应的原因，从而使后者辐射出高频的共振的噪声。

3、活塞（或十字头）敲击激振

对于无十字头的活塞压缩机，作用在活塞上由气体力、惯性力所引起的侧压力，在一个工作循环中要改变正负号，加之活塞与气缸间存在着间隙，这就必然引起活塞由一侧向另一侧的横向运动，从而敲击气缸。

由于活塞销上作用着粘性阻力，以及活塞质心与旋转中心不重合而使活塞产生摆动，故敲击气缸是活塞横向运动和摆动共同形成的。

这种敲击在一个工作循环中可多次发生，但以上止点的敲击最为严重。

敲击是瞬时突加载荷，具有很宽的频率成分。

敲击力波的传播途径是直接通过气缸传到机身上去的。

这种冲击载荷很易激发气缸、机身在高频范围内的固有频率的振动和噪声，一般敲击噪声在1~4Kz范围内。

一般对于起动时的高转速、大直径气缸的单作用压缩机容易产生活塞敲击。

对于带十字头的压缩机，十字头也会发生对滑道的径向敲击，其性质与上述活塞敲击气缸类似。

对于卧式双作用压缩机产生敲击的因素冲，除了侧向力的变向外，十字头本身重力的存在也起重要作用，特别在卧式对称平衡式压缩机中的某一侧（与压缩机曲轴旋转方向有关），十字头敲击机体的滑道比较严重，这说明是与该十字头重力作用相关的。

4、气阀噪声

随着气阀的启闭，以及气阀通道处气体流动的变化，引起气阀处的气体声和固体声。

排气阀噪声由下列部分组成。

1）、阀片的敲击声阀片在开启时敲击升程限制器，关闭时敲击阀座，故在一个工作周期中产生两次敲击。

随着阀片升程增加、转速增加、冲击噪声也将增大。

通常以冲击阀座的噪声较大，尤其是当阀片延迟关闭时，阀片关闭瞬间的撞击速度的幅值很大，故产生较大噪声。

2）、涡流噪声高速气流流经气阀通道，产生大量涡流，从而形成宽频带连续的中、高频气流噪声。

3）、阀片自激振动声对于弹簧力太大的气阀或无升程限制器的舌簧阀，阀片会出现颤振，其振动频率近似等于阀片的质量弹性系统的固有频率。

颤振也会增加撞击阀座或升程限制器的次数，从而增加噪声。

图36-9气阀颤振引起的吸气噪声。

当阀片延迟关闭时，会引起气流倒灌，从而也会激发弹性阀片固有的自激振动声。

5、阀室与进、排气管系中的噪声

把进、排气阀腔和与之相串联的气体管道分别看成一个进或排气系统，在阀片周期启闭时，在气阀口处，对进（或排）气系统产生一个相应的周期变化的速度脉动、压力脉动和气体噪声。

进、排气系统中的气柱共振，将激发起相应阀室和进排气管道壁面的振动，进而向周围辐射空气噪声，并且排气管道的振动，又会激发起与它刚性相连的缓冲器或储气罐壁面振动，从而又向周围辐射噪声。

尚需补充的是，当进、排气管道中存在截面变化，或者管道方向有所改变时，管内气柱的压力脉动将会使进、排气管壁产生交变力，从而引起进、排气管道的振动与声辐射，当管内气柱共振时，则压力脉动值更大，上述管道的振动与声辐射更强烈。

6、压缩机结构表面辐射的噪声

压缩机内部产生的各种脉动压力和脉动力的激发，通过各自传递途径传至压缩机结构的外表面，引起壁面的振动，从而向机器周围辐射出空气噪声。

在总噪声源中，它是最重要的噪声源之一。

此类结构噪声可分为压缩机本体的结构表面辐射的噪声和压缩机附件的外表面辐射的噪声。

1）、压缩机本体的结构表面辐射的噪声压缩机的零件如活塞、活塞杆、十字头、连杆、曲轴等，都属于弹性零件，并且多用螺栓连接方式连接在一起，形成内部传力机构。

它们本身在气体力、惯性力、侧向力、摩擦力等脉动载荷作用下，被激发起多种形式的局部弹性振动。

此振动通过各种传递途径，以波动的形式最终传递到由气缸、缸盖、机体、曲轴箱等组成的外部承载结构，引起外部表面的振动，从而向周围辐射空气噪声。

2）、压缩机附件的外表面辐射的噪声压缩机某些附件的外表面，有时也会辐射很强的噪声，它们不属于压缩机本体结构，但都与压缩机本体结构有某些部分相连。

比如有些固定支撑在压缩机本体外部承载结构上的冷却器、仪表架板等附件，当其固有频率与压缩机本体结构振动的激发频率吻合时，也会产生强烈振动，虽然属于局部振动，但是由于这些附件往往是板壳结构，所以辐射的空气噪声也很大。

7、风扇噪声

对于风冷式压缩机，风扇噪声也是压缩机噪声中的一个重要噪声源。

在风冷式电动机中，风扇噪声也是电动机噪声中的重要声源。

风扇噪声主要是空气动力性噪声。

此噪声主要由旋转噪声与涡流噪声组成。

1）、旋转噪声它是由于旋转的叶片周期性打击空间某固定点的空气质点，引起空气的压力脉动分量，产生相应的压强脉冲而形成的。

2）、涡流噪声风扇叶片在转动时，使在叶片后面的周围气体产生涡流。

这些涡流由于粘滞力作用，又分裂成一系列小涡流。

这些涡流及其分裂的小涡流，均使空气发生扰动，形成压缩与稀疏的变化过程，从而产生涡流噪声。

当风扇在设计工况点处运转时，此时效率最高，噪声最低。

偏离设计工况时，特别是当风量向小的方向偏离时，噪声增加。

因为此时产生附面层脱离，尾迹宽度增加，涡流增多的缘故。

8、带传动的噪声

用带和带轮传递动力时，常会发生传动带的横向振动，尤其是当激发的频率与其固有频率一致时，其共振的拍击运动趋于强烈