高速往复压缩机的结构特点及典型应用
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关键词：高速往复压缩机 结构特点 应用
中图分类号：TH45 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（b）-0110-01
往复活塞式压缩机是对气体进行压缩，产生压缩能的设备，对气体进行压缩的目的是输送气体或者为化学反应创造必要的条件。往复活塞式压缩机是石化技术装备的核心设备，对石油化工工业的发展起着十分重要的作用。近年来随着世界科技的进步，石油化工、天然气及煤炭深加工等领域的发展也更加迅速，对往复压缩机的需求量越来越大，同时也要求压缩机系列成套、高效率、机电一体、节能环保、高可靠性、低噪音、长寿命、操作及维修简单方便。
1 转速对往复压缩机的影响
（1）对压缩机重量及空间尺寸的影响。
提高压缩机转速可减少机器的重量及空间尺寸，通过一些同类型压缩机的分析及统计，发现同一排量的压缩机，其重量和转速、活塞平均速度大致符合下列关系：
式中：n、、G为原压缩机的转速、活塞平均速度和重量；
、、为提高转速后的相应数值。
上式表示，当维持定值而转速提高一倍，则重量约减少30%，其所以减轻是由于压缩机行程缩短而使气缸轴线方向长度缩短所致；若也增加，则重量可以进一步减轻，这是由于气缸直径的减小并使活塞力也相应减小所致。关于压缩机的空间尺寸，也大致呈如上关系。
（2）对气阀寿命的影响。
转速提高后，阀片撞击次数增加，使气阀的寿命降低。但随着热塑性工程材料聚醚醚酮（PEEK）的出现和快速发展，HOERBI GER、COZZANI和COOK等厂家生产的高速气阀使用寿命均可保证8000小时。
（3）对驱动机的影响。
转速提高后，压缩机的轴功率基本保持不变，但高速电机较低速电机尺寸小、重量轻、价格便宜。且驱动机的选择更加灵活多样（可用燃气发动机或柴油机驱动）。
2 高速往复压缩机的结构特点
当转速大于1000 r/min时往复活塞压缩机可称为高速压缩机，根据目前国内外各厂家压缩机的技术特点，高速压缩机的机架结构分为完全平衡性机架和常规对称平衡性机架。
往复压缩机中的惯性力和惯性力矩是外力，它的大小和方向均随曲柄转角作周期性变化，若在机器内部没有相应的平衡力和平衡力矩与之相平衡，则会导致压缩机的振动，并且还会传给基础。对于同一种机型，随着转速的增加，惯性力和惯性力矩也快速增加，所以对于高速压缩机而言，对惯性力和惯性力矩的平衡要求更高。图1为CAMERON公司的C-Force型完全平衡性机架，此结构通过精确的设计，可以理论上实现惯性力和惯性力矩的完全平衡，但结构复杂、加工及装配精度要求高。图2为GE集团的常规对称平衡性机架，该结构通过精确的配重设计，可以理论上实现惯性力的平衡，只有部分惯性力矩没有得到平衡，结构较简单，对加工和装配而言没有增加难度。
上述两种机架，在实际生产中都有应用。完全平衡性机架以CAMERON公司和沈阳远大压缩机股份有限公司为代表，常规对称平衡性机架以ARIEL公司为代表，GE集团生产的高速往复压缩机两种机架都有应用。
3 高速往复压缩机典型应用
高速往复压缩机主要应用介质有空气、天然气、二氧化碳等。最典型的压缩操作包括：煤层甲烷（CBM）、压缩天然气（CNG）、注气采油、燃料气升压、集气、储气库、海上油气生产、回注、页岩气等。
德莱塞―兰公司主要针对陆上油气田、海上采油气平台之需而研制的RDS与HOS撬装式高转速对称平衡性压缩机以高转速、短行程、高活塞平均速度的结构参数，达到压缩机结构的高度紧凑、外形小、重量轻，并便于和高转速天然气发动机（或柴油机）直联，实现机组撬装化且便于移动的目的。
最高排气压力RDS系列为41.37 MPa，HOS达51.71 MPa。
沈阳远大压缩机股份有限公司针对高压注气采油研发的4HS-A型撬装注气高速压缩机，末级排气压力达30 MPa，压缩机的振动烈度小于4.5 mm/s，按照JB/T8541《往复活塞压缩机机械振动分级》标准的规定，该压缩机的振动烈度达到优良级。
综上所述，高速往复压缩机由于采用独特的平衡结构，使其占地面积小、机组振动小、无需特殊基础、安装维护费用低、操作简单方便，使其特别适用于较高进气压力，中小气量，高排气压力的工况（如：CNG子站压缩机、CNG母站压缩机、油田高压注气压缩机等）。
参考文献
[1] 郁永章，姜培正，孙嗣莹.压缩机工程手册[M].中国石化出版社，2011，10.
[2] 高其烈.压缩机杂志[J].压缩机等天然气汽车加气站装备优选导则（二），2010（3）.