CN102338064A - 6m50型原料气压缩机增加打气量、节能减排的改造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明6M50型原料气压缩机的增加打气量、节能减排的改造方法，包括如下步骤：1)将压缩机的各级气缸中的活塞从分体式改为整体式；所述活塞的活塞体为整体式结构，所述活塞体内设有环形空腔；2)将各级气缸的活塞较现有各级气缸的活塞标准在厚度上增加约0.5～0.8％；3)将各级气缸上的吸气阀和排气阀的阀片升程提高11.5～13.6％；4)将各级气缸上的吸气阀和排气阀的当量流通面积在现有标准上提高约14.7～15.1％。本发明解决了活塞磨损严重、频繁更换的问题，同时也能解决机身震动大，轴瓦损坏频繁；本方法也解决了现有的6M50型原料气压缩机的“大马拉小车”现象，能充分发挥出设计要求的输出效率；即能增加压缩机打气量，达到节能减排的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种压缩机的改造方法，尤其是涉及6M50型原料气压缩机增加打气量、节能减排的改造方法。
背景技术
6M50型原料气压缩机是一种常用的原料气压缩机，在我国化工企业中通常是关键设备之一(参见附图1)，必须要保证其每天24小时正常运转。通常，6M50型原料气压缩机包括主电机100、多级压缩气缸体101，在多级压缩气缸中设有活塞，在气缸体101上设有气阀102；该活塞和气阀102是压缩机效能体现的重要部件，也是极易损坏的部件。
现有6M50型原料气压缩机的活塞通常是分体式结构(参见附图2、3)，它包括活塞左部201和活塞右部202，该活塞左部201和活塞右部202外边缘匹配卡合，形成内部有环形空腔203；所述活塞左部201和活塞右部202中心分别设有匹配的左环形连接部204和右环形连接部205，所述左环形连接部204和右环形连接部205通过销轴206固定连接，连接部204和205的中心为圆孔结构，用于固定活塞杆；这种结构的活塞，具有如下缺陷：1)在压力较大时销轴206容易断裂；2)运行过程中活塞左部201和活塞右部202的同心度低，机身震动大，轴瓦损坏频繁；3)在压缩原料气的过程中，原料气容易从活塞左部201和活塞右部202连接处的缝隙进入环形空腔203，造成原料气在环形空腔203内无法泻出，排气温度超高，活塞环、支撑环等磨损严重，频繁更换。
根据现有的6M50型原料气压缩机的国家标准设计，其主要技术参数如下表1：
表1：6M50型原料气压缩机的主要技术参数
实际上，现有的6M50型原料气压缩机在活塞最大量程处，活塞和气缸缸体之间仍有占缸体体积15～17％余隙容积，通常称为过渡圆角的余隙容积。当压缩机运行时，过渡圆角的余隙容积中的气量无法顺利排出，电机效率仅在74％左右，导致“大马拉小车”现象，能量损失巨大。综上，现有压缩机排气量未达到原厂家设计要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种6M50型原料气压缩机增加打气量、节能减排的改造方法；该方法能解决活塞磨损严重、频繁更换的问题，同时也能解决机身震动大，轴瓦损坏频繁；更为关键的是，本方法解决了现有的6M50型原料气压缩机的“大马拉小车”现象，能充分发挥出设计要求的输出效率。
为解决上述技术问题，本发明一种6M50型原料气压缩机的增加打气量节能减排的改造方法，包括如下步骤：
1)原来活塞分体式的结构容易气走在活塞里面，从而导致温度过高、振动力大活塞环容易破损，影响轴瓦振动大，容易烧掉因此将压缩机的各级气缸中的活塞从分体式改为整体式；即活塞不再分为左右两部分；所述活塞为整体式活塞，该活塞的活塞体为整体式结构，所述活塞体内设有环形空腔；将活塞从分体式改造为整体式，解决了在压力较大时销轴断裂的问题，因为整体式根本不用销轴固定；解决了运行过程中活塞左部和活塞右部的同心度低、机身震动大、轴瓦损坏频繁的问题；解决了在压缩原料气的过程中，原料气容易从活塞左部和活塞右部连接处的缝隙进入环形空腔的问题，使得原料气无法进入环形空腔内，不会造成排气温度高，不会造成活塞环、支撑环等的严重磨损，频繁更换。
2)同时，为了解决过渡圆角的余隙容积的问题，将各级气缸的活塞厚度在现有活塞厚度设计标准的基础上增加约0.5～0.8％。
3)仅仅增加活塞的总厚度并不能解决更多气量排出的问题，因为，气缸气阀的升程限制了出气量的大小。本发明各级气缸的防污气阀增加打气量从而节约国家资源包括阀座2021、阀片2022、弹簧2023、升程限制器2024等；所述阀座2021、阀片2022、弹簧2023、升程限制器2024依次通过螺栓2025和螺母2026连接固定；弹簧2023的一端固定在升程限制器2024上，另一端顶在阀片2022背面上，将阀片2022正面紧贴在阀座2021上形成一个密封面；本发明将各级气缸上的吸气阀和排气阀的阀片升程在现有阀片升程设计标准的基础上增加11.5～13.6％；
4)仅仅增加气阀的升程还不能全部解决问题，还需要进气阀和排气阀当量流通面积进行改造，本发明将各级气缸上的吸气阀和排气阀的当量流通面积在现有当量流通面积设计标准的基础上增加14.7～15.1％
进一步地，所述弹簧的弹簧丝直径在现有直径设计标准的基础上增加15～17％。
进一步地，所述阀片为PEEK(聚醚醚酮树脂)工程塑料阀片。压缩机阀片长期以来为金属材料制成，实践表明，金属阀片在恶劣的工作状态下，无论在安全性或在工作效率上，所表现的性能状态在一定的程度上都存在着相当的缺陷，往往给工作与经济带来损失；这主要是因为压缩机气阀组中的阀片在剧烈的气流运动中受到循环冲击，弯曲疲劳及腐蚀介质的工作高温环境的影响，对阀片产生应力而数列破坏、使用寿命短。
进一步地，所述PEEK工程塑料阀片的拉伸强度＞75Mpa、弯曲强度＞180Mpa、弯曲弹性模量＞7.5Gpa、无缺口冲击强度＞35KJ/M2、有缺口冲击强度＞20KJ/M2、热变形温度＞200℃、洛氏硬度＞100HRM、密度1.45g/cm3、熔点334℃。所述PEEK工程塑料阀片具有如下优点：塑料阀片的密度小，弹性模量小，冲击力减少，疲劳强度随之降低，阀的寿命大大延长；综合性能好，致使密封性能好，漏气减少；具有良好的耐磨性和柔韧性，阀片不易断裂，即使断裂，其裂纹的传播速度较慢，裂片掉入气缸也不会造成气缸的损坏；通流特性优于金属阀片，因气流摩擦引起的能量损耗降低，一般气阀能耗降低可达5％-15％；自润滑性好，可用于有滑润滑和无油润滑的工况；运行时噪音较低、运动平稳。
要注意的是，本发明的上述改造步骤之间并无前后的依次顺序，是单独改造后综合的有机整体。
本发明的改造方法，包括活塞结构的改造、活塞尺寸的改造、气阀升程的改造和气阀当量流通面积的改造；活塞改造与气阀改造协同发生作用，才能匹配起来增加打气量，从而达到节能减排的目的，单独的改变并不能达到本发明的目的，其中气阀改造起到主要作用；同时，通过阀片的改造，使气阀的综合效能大大提高。
本发明具有如下有益效果：
本发明解决了活塞磨损严重、频繁更换的问题，同时也能解决机身震动大，轴瓦损坏频繁；本方法也解决了现有的6M50型原料气压缩机的“大马拉小车”现象，能充分发挥出设计要求的输出效率；即能增加压缩机打气量，达到节能减排的效果。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明
图1为现有6M50型原料气压缩机整体结构示意图；
图2为现有活塞分解结构示意图；
图3为现有活塞安装结构示意图；
图4为本发明的活塞结构示意图；
图5为图4的侧视图；
图6为现有进气阀结构示意图；
图7为现有排气阀结构示意图；
图8为本发明进气阀结构示意图；
图9为本发明排气阀结构示意图；
具体实施方式
实施例1
山西天脊集团高平化工有限公司压缩机车间有九台6M50(66)-511/35.5-BX型原料气压缩机，2005年开车投用后，机身震动大，轴瓦损坏频繁，二、三段超压严重，三四段排气温度超高，活塞环、支撑环等磨损严重，频繁更换，排气量不能达到原厂家设计要求；本发明对该公司的机号1、2、6、8、9号机组进行了改造；剩余的4台机组没有列入改造计划。
该公司的6M50(66)-511/35.5-BX型原料气压缩机是一种常用的原料气压缩机(参见附图1)，它包括主电机100、四级压缩气缸体101，在四级压缩气缸中设有活塞，在气缸体101上设有气阀102；所述气阀102包括进气阀(参见附图6)和排气阀(参见附图7)；所述进气阀和排气阀都包括有阀座1021、阀片1022、弹簧1023、升程限制器1024等；所述阀座1021、阀片1022、弹簧1023、升程限制器1024依次通过螺栓1025和螺母1026连接固定；弹簧1023的一端固定在升程限制器1024上，另一端顶在阀片1022背面上，将阀片1022正面紧贴在阀座1021上形成一个密封面。常态下，气阀处于关闭状态，阀片1022在弹簧1023的作用下顶在阀座1021的密封面上；当阀座1021上通过的气流压力大于弹簧弹力和阀片1022背面的气压之和时，阀片1022克服弹簧1023的弹力移动，阀座1021和阀片1022处于非密封状态，气路被打通；根据现有设计，第1气缸上的吸气阀和排气阀的阀片升程是2.2cm、2.2cm，第2气缸上的吸气阀和排气阀的阀片升程是2.2cm、2.2cm，第3气缸上的吸气阀和排气阀的阀片升程是2.0cm、2.0cm，第4气缸上的吸气阀和排气阀的阀片升程是2.0cm、2.0cm；第1气缸进气阀和排气阀当量流通面积分别为115cm2、115cm2；第2气缸进气阀和排气阀当量流通面积分别为96.5cm2、96.5cm2.第3气缸进气阀和排气阀当量流通面积分别为67.7cm2、67.7cm2；第4气缸进气阀和排气阀当量流通面积分别为72cm2、72cm2；第1气缸上的吸气阀和排气阀的弹簧数为54个，第2气缸上的吸气阀和排气阀的弹簧数为45个，第3气缸上的吸气阀和排气阀的弹簧数为33个，第4气缸上的吸气阀和排气阀的弹簧数为30个。现有的气阀102的吸气阀和排气阀的阀片升程和现有的大气排气量相适应，使用的弹簧数较多，但是弹簧经常会出现断裂现象。要注意的是，6M50型号原料气压缩机的在设计标准上，气缸数、阀片升程、气阀当量流通面积、弹簧数等并不完全相同，但本发明的改造方法是相同的，本实施例仅仅是一个具体实施方式。
本发明的改造方法如下：
1)将四级气缸的活塞从分体式改造为整体式，参见附图2-4；
2)将一级气缸活塞厚度从现有的597mm改造为602mm；将二级气缸活塞厚度从现有的597mm改造为602mm；将三级气缸活塞厚度从现有的595mm改造为598mm；将四级气缸活塞厚度从现有的595mm改造为598mm；上述改造目的是增加活塞的刚性及减少一级活塞过渡圆角的余隙容积，提供气缸的吸气效率，相同的工况条件下，改造后的一级吸气量可以增加5m3/min左右；
3)四级气缸的吸气阀和排气阀分别包括阀座2021、阀片2022、弹簧2023、升程限制器2024等；所述阀座2021、阀片2022、弹簧2023、升程限制器2024依次通过螺栓2025和螺母2026连接固定；弹簧2023的一端固定在升程限制器2024上，另一端顶在阀片2022背面上，将阀片2022正面紧贴在阀座2021上形成一个密封面；本发明将第1气缸上的吸气阀和排气阀的阀片升程分别改造为2.5cm、2.5cm，第2气缸上的吸气阀和排气阀的阀片升程分别改造为2.5cm、2.5cm，第3气缸上的吸气阀和排气阀的阀片升程分别改造为2.3cm、2.3cm，第4气缸上的吸气阀和排气阀的阀片升程分别改造为2.3cm、2.3cm；将第1气缸进气阀和排气阀当量流通面积分别改造为132cm2、132cm2；第2气缸进气阀和排气阀当量流通面积分别改造为111cm2、111cm2；第3气缸进气阀和排气阀当量流通面积分别改造为77.8cm2、77.8cm2；第4气缸进气阀和排气阀当量流通面积分别改造为82.8cm2、82.8cm2；经过改造后的气阀增加了26m3/min左右打气量；
4)将第1气缸上的吸气阀和排气阀的弹簧数设为25个，第2气缸上的吸气阀和排气阀的弹簧数设为21个，第3气缸上的吸气阀和排气阀的弹簧数设为20个，第4气缸上的吸气阀和排气阀的弹簧数设为17个；所述弹簧的弹簧丝直径较现有弹簧丝直径增加15％，现有弹簧的弹簧丝直径通常为0.9～1.1mm；
5)所述阀片采用PEEK(聚醚醚酮树脂)工程塑料阀片；该EEK工程塑料阀片的拉伸强度＞75Mpa、弯曲强度＞180Mpa、弯曲弹性模量＞7.5Gpa、无缺口冲击强度＞35KJ/M2、有缺口冲击强度＞20KJ/M2、热变形温度＞200℃、洛氏硬度＞100HRM、密度1.45g/cm3、熔点334℃。
通过上述改造后的考核情况
1)改造后各机组功率如下： (单位：KW)
机号1、2、6、8、9
未改造前 5000 4900 5000 4900 4980(单位：KW)；
改造后 5200 5000 5300 5200 5200(单位：KW)；
2)改造后各段压力均正常，二、三级气缸出口压力下降明显，三、四级气缸排气量明显增加，一回一能够全关，(注明：一回一关不死的原因气量在里面膨胀大大浪费了国家资源)二、三级气缸未出现超压现象、消除了系统瓶颈，解决了高闪气不能全部回收的问题。
3)解决了缸套、活塞环、气阀阀片、弹簧等频繁更换，经常停机维修，零配件消耗成本过高的问题。
4)改造前需开8机运行，改造后机组排气量明显增加，开7机即能充分满足运行需要。
5)改造后的压缩机运行周期，从原来最长不超过3439.2小时，提高到5405.4小时，提高了设备连续运转率，降低了开、停车电耗，减少了气体放空损耗和设备的维护费用，为压缩机的安全、稳定、长周期运行提供了可靠的保证；
6)能耗与节能减排效果计算，按改造前使用8台机组，改造后使用七台机组计算：
改前平均电流268A，功率4800KW。改后平均电流295A，功率5100KW。
每小时电耗差：
4800×8-5100×7＝2700千瓦时
全年按330工作日计可节电
2700×24×330＝21384000千瓦时
按国家发改委供电耗标煤计算，可节约标煤
21384000×0.36÷1000＝7698吨
并减排相应的二氧化碳和二氧化硫等。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (4)
1.6M50型原料气压缩机的增加打气量节能减排的改造方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将压缩机的各级气缸中的活塞从分体式改为整体式；所述活塞的活塞体为整体式结构，所述活塞体内设有环形空腔；
2)将各级气缸的活塞厚度在现有活塞厚度设计标准的基础上增加约0.5～0.8％；
3)各级气缸的吸气阀和排气阀都包括阀座2021、阀片2022、弹簧2023、升程限制器2024；所述阀座2021、阀片2022、弹簧2023、升程限制器2024依次通过螺栓2025和螺母2026连接固定；弹簧2023的一端固定在升程限制器2024上，另一端顶在阀片2022背面上，将阀片2022正面紧贴在阀座2021上形成一个密封面；将各级气缸上的吸气阀和排气阀的阀片升程在现有阀片升程设计标准的基础上增加11.5～13.6％；
4)将各级气缸上的吸气阀和排气阀的当量流通面积在现有当量流通面积设计标准的基础上增加14.7～15.1％。
2.根据权利要求1所述的改造方法，其特征在于：所述弹簧的弹簧丝直径在现有直径设计标准的基础上增加15～17％。
3.根据权利要求1所述的改造方法，其特征在于：所述阀片为PEEK工程塑料阀片。
4.根据权利要求3所述的改造方法，其特征在于：所述PEEK工程塑料阀片的拉伸强度＞75Mpa、弯曲强度＞180Mpa、弯曲弹性模量＞7.5Gpa、无缺口冲击强度＞35KJ/M2、有缺口冲击强度＞20KJ/M2、热变形温度＞200℃、洛氏硬度＞100HRM、密度1.45g/cm3、熔点334℃。
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