往复式压缩机冷却系统的组成与系统优化改进

往复式压缩机是将低压气体提升为高压气体的一种从动的流体机械，广泛应用于石油化工、采矿、机械等行业，这其中冷却系统是压缩机的重要组成部分之一，它对压缩机的结构性能、安全操作、运行效率以及节能降耗等都起着重要的作用，它的优劣直接影响着压缩机的性能稳定，然而目前在役的大量压缩机的冷却部件技术由于相对比较落后，压缩机工作过程中，散热性能不好，会放出更多的热量，功耗增大，影响生产效率，因此为保证往复式压缩机的运行的可靠性，必须通过冷却系统对其进行升级改造，从而得到更好的冷却，针对不同类型的往复式压缩机，对风冷式压缩机和水冷式压缩机的冷却系统的组成、特点以及设计原则分别进行了阐述。

【关键词】往复式压缩机；冷却系统；优化改进

1 往复式压缩机的冷却系统组成

往复活塞式压缩机是利用活塞在气缸内作往复运动，使容积减小而提高气体压力并输送气体的机械，其重要组成――冷却系统是往复活塞式压缩机的重要组成部分之一，压缩机中的冷却系统主要进行气缸组件冷却、级间冷却、压缩气体排出压缩机的后冷却，以及润滑油的冷却等，其中水冷式和风冷式冷却系统为当前往复式压缩机冷却系统中常用的两类，对于大中型压缩机，排气量较大，压力高，所需传递的热负荷大，一般选用比热容大、价格低、容易获得的水作为冷却介质，具有前期投资成本高，难以迁移，冷却效果好，环境因素影响小的特点；而小型、移动式或撬装式压缩机一般选用空气作为冷却介质，因为空气具有投入少，可以迁移，冷却效果随环境温度变化而变化的特点，冬天效果好，夏天比较差，免费易得、无需泵和水处理等辅助设备的优点，当在野外特别是在缺水地区作业时，选用空气冷却较为适宜。下面具体介绍这两类冷却系统的组成。

1.1水冷式冷却系统分类

（1）串联式冷却系统

冷却水首先进入中间冷却器，经过一级气缸水套，再经过二级气缸水套，这样有利于提高温度系数，保证压缩机的排气量，最后经后冷器排出，该系统结构简单、耗水量小，但发生故障时不便于检修，通常用于两级压缩机。

（2）并联式冷却系统

冷却水从总水管分别流到每一应予冷却的部分，最后经总溢水槽汇入总泄水管。由于进入中冷器的均为最冷的水，故冷却效果好，且各部分的水量、水温均可调节，查找故障方便，但管线复杂，水耗高，可用于级数多的压缩机。

（3）混联式冷却系统

每一中冷器与其相应的气缸水套构成串联系统，而各级之间为并联系统，该系统具有串联和并联两者的优点，冷却水利用合理，各级间具有相同的回冷完善程度，综合性能较佳。

1.2风冷式冷却系统

（1）风扇

风扇是将冷却空气强制性送给中间冷却器和气缸组件的装置，相对于离心式风扇，绝大多数采用轴流式风扇，平直叶片由于制造方便，为厂家所广泛采用，但噪声较大，叶片数一般取4～6片，并对称布置，对于微型压缩机，一般用飞轮兼作风扇，因此设计时不仅要使之满足飞轮矩的要求，还要满足冷却所需要的风量，为保证冷却效果，对采用抽气式，即将中间冷却器置于风扇进风侧，先冷却中冷器，后冷却气缸组件，故在其上应标明旋转方向。小、中型压缩机常将冷却风扇由单独的电机经皮带传动驱动，一般将风扇置于中冷器与主机之间。

（2）风冷式中冷器

微型压缩机常采用由铜管弯制而成的蛇管式中冷器，其结构简单、安装方便，但冷却效果不佳，绝大多数小、中型压缩机采用列管式中冷器，压缩气体在管内流动，由风扇产生的冷却空气则垂直于管束方向掠过，为保证气缸组件冷却良好应设置导流风罩，由于光管散热性差，可在管外缠绕翅片，但必须保证钎焊质量以使翅片与管子间紧密贴合，散热翅片间距不可过密，以避免增加热阻、流动阻力和减小风量，为制造方便，多采用平翅片，取片厚0.2～0.3mm，片距2.8～3.2mm为佳。

（3）气缸组件

主要指气缸及缸盖的冷却。除用来自风扇的冷风冷却外，其本身的结构也应作处理，主要是外加散热片，按铸造工艺要求，散热片的根部较厚，端部较薄，气缸上的散热片有环向和纵向两种方式布置，由于环向布置式冷却均匀，多被采用，靠近缸盖的散热片较长，以加强缸盖的冷却，缸盖上也设有散热片，进风阀室一侧可不设或少设散热片，因进气温度较低。

2 冷却系统的改进

2.1冷却水量

大多数压缩机用水作冷却介质。水比较容易获得而且还具有较高的比热容，不会污染环境。在淡水缺乏，造价高的情况下，必须进行减低耗水量的研究工作.研究证明，大量削减水冷却系统的耗水量，实际不影响压缩机的工作指标，且可明显减少冷却水的单位耗量。

2.2冷却水水压

为了保证空气压缩机的最小冷却水量，要求进入机组的冷却水具有一定压力。一般规定进入机组的下限给水压力不小于0.12MPa。给水压力增大，进入机组水冷系统的水量也增加，冷却效果好；但水压太大，中间冷却器端管板处会发生渗水、漏水而妨碍机组的正常工作，水窜入二级气缸产生水击，严重时甚至造成气缸破坏事故。水压过大，流速将随之增加，耗水量也增加，这也是不经济的，故规定上限给水压力不宜超过0.2MPa。

2.3改善冷却水水质

如果冷却水水质不好，将使冷却系统迅速结垢，从而腐蚀和阻塞管道。冷却系统结垢的危害性是很大的，冷却情况的恶化还会使空气压缩机比功率增大，降低了设备效率，影响空气压缩机经济运行。对冷却水水质的一般要求：冷却水应为中性，即氢离子浓度（pH值）在6.5～9.5范围内；悬浮物一般不大于25mg/L；有机物一般不大于25mg/L；含油量一般不大于5mg/L；水的碳酸盐硬度一般不大于10mg/L；具有热稳定性，冷却水的碳酸盐硬度及其排水温度有一定限制的可以明显。

3 风冷却系统的改进

通过增加缸体中冷器的传热面积，如将光滑管换为螺纹管，给气缸增加翅片都可以增加传热面积，或者通过增加传热系数来实现良好的冷却，如将换热管由换热系数低的铁管换为铜管。

4 结束语

冷却系统是往复活塞式压缩机运行可靠性和经济性的重要保证之一，在能源紧张、节能降耗要求日益高涨的今天，对冷却系统更新改造的需求必将会越来越迫切。

参考文献：

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袁佐春.压缩机水冷却系统改造[J].科技信息.2013，12（04）：1112

[2]常俊民.压缩机冷却系统水平衡控制[J].商业资讯.2014，18（08）：5859