容积式压缩机1.ppt

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1、容积式压缩机1 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第二章 容积式压缩机主 要 内 容一 往复压缩机概述二 往复压缩机的工作过程三 往复压缩机的热力性能四 往复压缩机的动力性能五 往复压缩机的气阀和密封六 往复压缩机的调节方式及其控制七 往复压缩机的选型八 回转式压缩机一 往复压缩机概述往复往复压缩机的机的总体体结构构往复往复压缩机的工作原理机的工作原理往复往复压缩机的特点机的特点一 往复压缩机概述1.总体体结构构组成：组成：u 气缸气缸u 活塞（活塞环

2、）活塞（活塞环）u 进、排气阀进、排气阀u 连杆连杆u 曲轴曲轴一 往复压缩机概述组成：成：气缸，活塞（活塞气缸，活塞（活塞环），），进、排气、排气阀，活塞杆（填料）活塞杆（填料）十字十字头（销），连杆，曲杆，曲轴一 往复压缩机概述L型型两两级空空气气压缩机机组成：组成：u气缸气缸u活塞（活塞环）活塞（活塞环）u进、排气阀进、排气阀u活塞杆活塞杆（填料）（填料）u十字头十字头u曲轴曲轴u连杆连杆u平衡重平衡重u中间冷却器中间冷却器压缩机机的的一一列列压缩机的一列机的一列一 往复压缩机概述V型两级空气压缩机型两级空气压缩机组成：组成：u气缸气缸u活塞（活塞环）活塞（活塞环）u进、排气阀进、排气阀

3、u曲轴曲轴u连杆连杆u中间冷却器中间冷却器压缩机机的的一一列列压缩机机的的一一列列一 往复压缩机概述u 工作腔部分：工作腔部分：处理气体理气体 气缸（缸盖）气缸（缸盖）活塞活塞组件（活塞件（活塞环、活塞杆和填料密、活塞杆和填料密封）封）气气阀（进气气阀和排气和排气阀）u 传动部分：部分：驱动活塞往复运活塞往复运动 曲曲轴 连杆杆 十字十字头（销）u 机身部分：支撑气缸与机身部分：支撑气缸与传动部分部分u 辅助助设备 润滑系滑系统 冷却系冷却系统（缸套、中（缸套、中间冷却器）冷却器）管路系管路系统等等往复压缩机的基本结构组成：往复压缩机的基本结构组成：一 往复压缩机概述 机身机身 气缸体气缸体

4、气缸盖气缸盖 气缸座气缸座 一 往复压缩机概述活活塞塞与活塞杆相连与活塞杆相连与连杆相连与连杆相连一 往复压缩机概述活塞活塞环和活塞杆和活塞杆一 往复压缩机概述气气 阀网网状状阀阀片片环环状状阀阀片片阀座阀座阀片阀片弹簧弹簧升程升程限制限制器器一 往复压缩机概述曲曲 轴主主轴颈连杆杆轴颈平衡重平衡重曲曲柺一 往复压缩机概述连 杆杆一 往复压缩机概述连杆的杆的连接接一 往复压缩机概述十字十字头及及销 十字头与连杆小端的连接通过十字头销，十字头与活塞杆可采用十字头与连杆小端的连接通过十字头销，十字头与活塞杆可采用螺纹连接、法兰连接等。螺纹连接、法兰连接等。填料密封（填料密封（盘根密封）根密封）一

5、往复压缩机概述一 往复压缩机概述2.往复往复压缩机的工作原理机的工作原理一级（或一一级（或一个循环）：个循环）：进气进气 压缩压缩 排气排气往复式压缩机往复式压缩机双作用式气缸双作用式气缸一 往复压缩机概述左气缸左气缸进气进气压缩压缩(排气排气)右气缸右气缸压缩压缩(排气排气)进气进气同同级压缩往复式压缩机往复式压缩机级差式气缸级差式气缸一 往复压缩机概述多多级压缩一 往复压缩机概述3.往复往复压缩机的特点机的特点l 排气压力与流量的关系不大，工排气压力与流量的关系不大，工作稳定性较好；作稳定性较好；l 工作性能与气体性质关系不大，工作性能与气体性质关系不大，故适应性较强；故适应性较强；l 容

6、易达到较高的压力；容易达到较高的压力；l 热效率较高；热效率较高；n 结构较复杂，易损坏零件较多结构较复杂，易损坏零件较多n 气体吸入和排出是间歇的，容易气体吸入和排出是间歇的，容易引起气柱及管道的振动引起气柱及管道的振动。各各类压缩机的适用范机的适用范围二 往复压缩机的工作过程 压缩机的理机的理论循循环 压缩机的机的实际循循环多多级压缩压缩机的理论循环1.基本概念基本概念一级：一级：被压缩气体进入工作腔完成一次气体压缩称为一级，被压缩气体进入工作腔完成一次气体压缩称为一级，包括进气、压缩、排气等过程，也称为一个工作循环。包括进气、压缩、排气等过程，也称为一个工作循环。进程：进程：活塞向活塞向

7、“外止点外止点”运动时，称为进程。运动时，称为进程。回程：回程：活塞向活塞向“内止点内止点”运动时，称为回程。运动时，称为回程。行程：行程：活塞从一个止点到另一个止点的距离称为行程活塞从一个止点到另一个止点的距离称为行程“s”。外止点外止点内止点内止点u 气体通过进、排气阀时无压力损失，进、排气压力没有气体通过进、排气阀时无压力损失，进、排气压力没有波动，保持恒定；波动，保持恒定；u 在排气过程终了时，被压缩气体全部排出汽缸；在排气过程终了时，被压缩气体全部排出汽缸；u 工作腔作为一个孤立体与外界无热交换；（工作腔作为一个孤立体与外界无热交换；（等温或绝热等温或绝热过程过程）u 压缩气体为理想

8、气体，其过程指数为定值；压缩气体为理想气体，其过程指数为定值；u 压缩和排气过程无气体泄漏。压缩和排气过程无气体泄漏。2.理论循环的特征理论循环的特征压缩机的理论循环对工作循环做如下对工作循环做如下 假设假设压缩机的理论循环外止点外止点内止点内止点4 1：进气过程：进气过程1 2：压缩过程：压缩过程2 3：排气过程：排气过程理论工作循环过程：理论工作循环过程：4123压力指示图（示功图）压力指示图（示功图）3.理论工作循环过程理论工作循环过程进气状态：进气状态：P1，V1排气状态：排气状态：P2，V2压缩机的理论循环4.理论循环的指示功理论循环的指示功（1）理论进气量）理论进气量V1和行程容积

9、和行程容积VS指示功：指示功：压缩机完成一个工作循环所消耗的外功。压缩机完成一个工作循环所消耗的外功。压缩机的理论循环（2）指示功）指示功Wi（即示功图上封闭循环图的面积即示功图上封闭循环图的面积）绝热压缩理论循环指示功：绝热压缩理论循环指示功：等温压缩理论循环指示功：等温压缩理论循环指示功：多变压缩理论循环指示功：多变压缩理论循环指示功：其中，其中，K为绝热指数，即此时过程指数为绝热指数，即此时过程指数m=k其中，其中，m为过程指数为过程指数结论：结论：等温压缩过程的功耗最少，绝热压缩的功耗最多。等温压缩过程的功耗最少，绝热压缩的功耗最多。即等温压缩最省功。即等温压缩最省功。“”表示活塞对气

10、体做功（即外界作功）表示活塞对气体做功（即外界作功）此时，过程指数此时，过程指数m=1u 任何工作腔都存在余隙容积；任何工作腔都存在余隙容积；压缩机的实际循环1.实际循环的特点实际循环的特点（容积系数）（容积系数）排气阀排气阀余隙容积余隙容积气缸盖气缸盖进气阀进气阀活塞环活塞环气缸气缸P2P1 余隙容积余隙容积V0：排气压缩终了时，：排气压缩终了时，气缸中残留气体所占的压缩腔容积气缸中残留气体所占的压缩腔容积余隙容积包括：余隙容积包括：l 活塞与气缸的间隙容积；活塞与气缸的间隙容积；l 气阀片的通道容积；气阀片的通道容积；l 活塞顶部至第一活塞环间的容积活塞顶部至第一活塞环间的容积 在进入下一

11、个工作循环时，残留在进入下一个工作循环时，残留于余隙容积中的于余隙容积中的高压气体高压气体要先进行要先进行一个一个膨胀过程膨胀过程，从而影响了进气量，从而影响了进气量u气体流经进、排气阀和管道时必然有摩擦，由此产生气体流经进、排气阀和管道时必然有摩擦，由此产生压力损失；压力损失；压缩机的实际循环1.实际循循环的特点的特点（压力系数）（压力系数）l 进气时，气缸内压力进气时，气缸内压力P一般一般低于进气管道压力低于进气管道压力P1;l 排气时，气缸内排气压力排气时，气缸内排气压力P高于排气管道压力高于排气管道压力P2;u 气体与各接触壁间存在温差，导致不断有热量吸入气体与各接触壁间存在温差，导致

12、不断有热量吸入和放出；和放出；压缩机的实际循环1.实际循循环的特点的特点（温度系数）（温度系数）l 进气气时，气体温度低于气缸壁，气体吸，气体温度低于气缸壁，气体吸热;l 压缩过程中，吸程中，吸热压缩 绝热压缩 放放热压缩l 排气排气时，气体温度高于气缸壁，气体放气体温度高于气缸壁，气体放热。u 气缸容积不可能绝对密封；气缸容积不可能绝对密封；漏气：漏气：进、排气阀；活塞环与气缸壁间；填料密封进、排气阀；活塞环与气缸壁间；填料密封u 阀室容积不是无限大；阀室容积不是无限大；往复压缩机间断地吸、排气，使与工作腔相连部分产生压力脉动。往复压缩机间断地吸、排气，使与工作腔相连部分产生压力脉动。（泄漏

13、系数）（泄漏系数）（影响气体压力产生脉动）（影响气体压力产生脉动）u 实际气体与理想气体存在差别；实际气体与理想气体存在差别；压缩机的实际循环1.实际循循环的特点的特点理想气体：理想气体：实际气体：实际气体：u 特殊条件下使用压缩机，例如：特殊条件下使用压缩机，例如：l 进气过程：压力明显降低进气过程：压力明显降低;l 排气过程：压力明显升高。排气过程：压力明显升高。压缩机的实际循环c d：膨胀过程：膨胀过程d a：进气过程：进气过程a b：压缩过程：压缩过程b c：排气过程：排气过程2.实际工作循环过程实际工作循环过程实际循环的进气量实际循环的进气量VS2一定少于理论循环进气量一定少于理论循

14、环进气量VS压力力P1下的下的实际进气量气量余隙容余隙容积压缩机的实际循环3.实际循环的进、排气量实际循环的进、排气量（1）容积系数）容积系数v存在余隙容积存在余隙容积V0其中：其中：V0/VS：相对余隙容积：相对余隙容积 p2/p1：名义压力比；：名义压力比；m：膨胀指数：膨胀指数容积系数容积系数v是小于是小于1的系数，表征了余隙容积对气缸吸气能力的影响的系数，表征了余隙容积对气缸吸气能力的影响注意：注意：i）气缸行程容积）气缸行程容积VS一定时，余隙容积越大，容积系数越小一定时，余隙容积越大，容积系数越小;ii）进气压力一定时，排气压力越高，容积系数越小。）进气压力一定时，排气压力越高，容

15、积系数越小。压缩机的实际循环（2）压力系数）压力系数p进、排气阀有压力损失进、排气阀有压力损失影响影响压力系数的主要因素：力系数的主要因素：l 吸气吸气阀处于关于关闭状状态时的的弹簧力簧力l 进气管道中的气管道中的压力波力波动pa：进气结束时工作腔内的压力：进气结束时工作腔内的压力 压力系数压力系数p（1）表示压力降低对进气量减小的影响程度（）表示压力降低对进气量减小的影响程度（即导致吸即导致吸气容积减小了气容积减小了V2）。）。压力系数根据力系数根据经验选取：取：l 气气阀弹簧力簧力设计正确正确时，第一，第一级的的压力系数一般取力系数一般取0.950.98；l 对弹簧力相簧力相对气体气体压力

16、小很多的其他力小很多的其他级，压力系数取力系数取0.981。压缩机的实际循环（3）温度系数）温度系数T 气体与工作腔壁有热交换气体与工作腔壁有热交换l 该级的的压力比；力比；l 气体的性气体的性质及气缸的冷却程度。及气缸的冷却程度。影响温度系数的主要因素：影响温度系数的主要因素：温度系数可按照温度系数可按照图212选取，一般在取，一般在0.920.98Ta：进气结束时工作腔内气体的温度：进气结束时工作腔内气体的温度 温度系数温度系数T（1）表示进入气缸的气体由于吸热膨胀而使进气）表示进入气缸的气体由于吸热膨胀而使进气量减小的程度。量减小的程度。l 进气气过程中气缸壁及活塞程中气缸壁及活塞传给气

17、体的气体的热量；量；l 进气克服气气克服气阀摩擦力做功摩擦力做功转化的化的热量。量。Ta大于大于T1的原因：的原因：压缩机的实际循环（4）泄漏系数）泄漏系数l 气缸并非绝对密封气缸并非绝对密封l 有油润滑压缩机一般取有油润滑压缩机一般取0.900.98l 无油润滑压缩机一般取无油润滑压缩机一般取0.850.95（5）实际循环进气量）实际循环进气量VS 和排气量和排气量Vd其中：其中：，称为排气系数；也称容积效率，称为排气系数；也称容积效率，用用V V表示表示气缸的活塞气缸的活塞环；气；气阀；填料密封；填料密封主要的泄漏部位：主要的泄漏部位：其中：其中：，称，称为吸吸气系数气系数压缩机的实际循环

18、4.实际循环指示功实际循环指示功Wi其中：其中：s ,0：进气相对压力损失和总的相对压力损失：进气相对压力损失和总的相对压力损失对理想气体理想气体对实际气体气体注：实际气体的指示功也可由注：实际气体的指示功也可由P-V图直接近似计算。图直接近似计算。（查图2-14确定）确定）1.多多级压缩的定的定义 多多级压缩是将气体的是将气体的压缩过程分若干程分若干级进行，并在每行，并在每级压缩之后之后导入中入中间冷却器冷却器进行冷却。行冷却。P1P2多级压缩L型型氮氮氢气气压缩机机多级压缩2.多多级压缩的的优缺点缺点缺点：缺点：级数过多，结构复杂；级间管路增加，阻力损失增加，功耗增加；操作与维修困难等。优

19、点：优点：u 节省压缩气体的指示功；节省压缩气体的指示功；u 可以降低排气温度；可以降低排气温度；排气温度：排气温度：u 可以提高容积系数可以提高容积系数 v；u 可以降低活塞力。可以降低活塞力。多级压缩实际单级压缩等温等温单级压缩3.级数的数的选择选择原则：选择原则：u 大、中型压缩机：以最省功为原则；u 小型压缩机：以每级允许的排气温度或结构紧凑为原则；u 特殊气体（易燃易爆等）：取决于每级允许的排气温度。选择参考：选择参考：往复压缩机级数与终压间的关系（往复压缩机级数与终压间的关系（表表2-2）1234级数级数0.310.661.4153.640终压终压MPa5615100780150多

20、级压缩最佳级数：最佳级数：从省功角度使整个机器的等温指示效率（理论等温循环指示功与实际循环指示功之比）最高（图219）常常压进气气4.压力比的分配压力比的分配z：压缩机级数；pd 和 ps 为排气、进气压力；t 为总压力比。注意：注意：i）实际中，为了平衡活塞力，可适当调整等压比原则；实际中，为了平衡活塞力，可适当调整等压比原则；ii）为增加进气量，第一级压力比可取小些（为增加进气量，第一级压力比可取小些（提高提高v）；）；iii）为方便气量调节（或排气温度），最末一级压力比也取小些。为方便气量调节（或排气温度），最末一级压力比也取小些。多级压缩过程中，常取等压比原则分配压力比。则各级压力比为

21、：在理想条件下，对多级压缩机，按各级压力比相等分配总压力比，等温指示效率最高，即最省功。（参见相关参考书）多级压缩三三 热力性能三三 热力性能1.吸、排气压力吸、排气压力定义定义吸气压力吸气压力压缩机第一级吸入管道处的气体压力，压缩机第一级吸入管道处的气体压力，ps；排气压力排气压力压缩机末级排出接管处的气体压力，压缩机末级排出接管处的气体压力，pd。注意：注意：u 压缩机铭牌上的排气压力指的是额定值；压缩机铭牌上的排气压力指的是额定值；u 压缩机的实际吸、排气压力可以在较大允许范围内变化；压缩机的实际吸、排气压力可以在较大允许范围内变化；u 注意区分压缩机的注意区分压缩机的“排气压力排气压力

22、”和和“级间压力级间压力”；u 吸气压力一般与工作过程无关，实际排气压力则由吸气压力一般与工作过程无关，实际排气压力则由排气系统的压力排气系统的压力（即（即“背压背压”）决定。）决定。三三 热力性能 压缩机的排气压力压缩机的排气压力Pd由排气系统的压力由排气系统的压力P（也称背压）所决定（也称背压）所决定。背背压压P 取决于进入排气系统的压力与系统输走的压力是否平衡取决于进入排气系统的压力与系统输走的压力是否平衡：多级压缩机级间压力变化也服多级压缩机级间压力变化也服从上述规律。首先是第一级开始从上述规律。首先是第一级开始建立背压，然后是其后的各级依建立背压，然后是其后的各级依次建立背压。次建立

23、背压。压缩机的排气压力（背压）压缩机的排气压力（背压）l气量供需平衡，则气量供需平衡，则 Pd=P;l 气量供过于求，则气量供过于求，则Pd 随随 P不断增加不断增加;l气量供不应求，则气量供不应求，则Pd 随随 P逐渐下降。逐渐下降。三三 热力性能压缩机的进、排气系统类型压缩机的进、排气系统类型 （一）（一）（二）（二）（三）（三）（四）（四）P1 和和P2 均均为常数。为常数。P1 为常数，为常数，P2 非常数非常数P1 非常数，非常数，P2 为常数为常数P1，P2均均非常数。非常数。2.排气温度排气温度定义：定义：压缩机的排气温度是指压缩机末级末级排出气体的温度，应在末级气缸排气法兰接管

24、处测得。各级的排气温度应在相应级的排气管处测得。每一每一级的排气温度的排气温度计算：算：注意：注意：u 要了解限制排气温度的必要性：要了解限制排气温度的必要性：保证良好的润滑，避免保证良好的润滑，避免“积炭积炭”；考虑气体自身性质；考虑气体自身性质。u 可通过加强气缸的冷却、降低过程指数可通过加强气缸的冷却、降低过程指数m或压力比或压力比，降低排气温度。，降低排气温度。u 注意区分注意区分“排气温度排气温度”和和“压缩终了温度压缩终了温度”。三三 热力性能压缩机的排气温度机的排气温度计算：算：三三 热力性能3.容积流量（排气量）容积流量（排气量）定义定义 容积流量通常是指单位时间内压缩机最后一

25、级排出的气体，换算到第一级进口压力和温度时的气体容积值，单位为m3/min或m3/h；通常用qv表示。注意：注意：u 计算容积流量时，对于实际气体要考虑其压缩性系数；计算容积流量时，对于实际气体要考虑其压缩性系数；u 折算容积流量时，要将中途折算容积流量时，要将中途分离分离出去的气体（水分等）体积加进去，出去的气体（水分等）体积加进去，而将中途而将中途添加添加进的气体体积扣除。进的气体体积扣除。u 容积流量一定程度上反映了压缩机的大小，但并不真正反映压缩机容积流量一定程度上反映了压缩机的大小，但并不真正反映压缩机的供气能力。的供气能力。u 压缩机铭牌上的容积流量指的是额定工况时的容积流量。压缩

26、机铭牌上的容积流量指的是额定工况时的容积流量。三三 热力性能容积流量的计算公式容积流量的计算公式1其中，其中，qvd：末级排出的气体量，：末级排出的气体量，m3/min；下标下标s1 ：第：第1 1级进口状态下的参数；级进口状态下的参数；下标下标d：末级状态下的参数；：末级状态下的参数；Z：压缩性系数，对理想气体值为：压缩性系数，对理想气体值为1；qv：分离的水分换算到第：分离的水分换算到第1级进口状态的容积流量，级进口状态的容积流量，m3/min；qvc：中途除掉的气体换算到中途除掉的气体换算到第第1级进口状态的容积流量，级进口状态的容积流量，m3/min；若为加入的气体，则取负值。若为加入

27、的气体，则取负值。：一级进口相对湿度；：一级进口相对湿度；PSa1：进气温度下的水蒸气的饱和蒸汽压。：进气温度下的水蒸气的饱和蒸汽压。或者或者三三 热力性能容积流量的计算公式容积流量的计算公式2（理论计算理论计算）其中，其中，VS1：第一级气缸的行程容积，：第一级气缸的行程容积，m3；：第一级气缸的容积系数；第一级气缸的容积系数；：第一级气缸的压力系数第一级气缸的压力系数；：第一级气缸的温度系数第一级气缸的温度系数；：第一级气缸的泄漏系数第一级气缸的泄漏系数；v1：第一级的容积效率：第一级的容积效率 n：压缩机的转速压缩机的转速，r/min。或或4.各级工作容积的确定各级工作容积的确定其中，其

28、中，qv：压缩机的容积流量，：压缩机的容积流量，m3/min；v1：第一级的容积效率；：第一级的容积效率；n：压缩机转速，：压缩机转速，r/min第一级的工作容积为：第一级的工作容积为：任意任意i 级的工作容积为：级的工作容积为：其中，下标其中，下标1和和i分别表示压缩机的第分别表示压缩机的第1级和第级和第i 级；级；c c：任意：任意 i 级前的级前的抽气系数抽气系数，若无抽气工艺时值为，若无抽气工艺时值为1 1；：任意：任意 i 级级析水系数析水系数；ZS：压缩性系数，对理想气体值为：压缩性系数，对理想气体值为1三三 热力性能原则：原则：前一级排出的气体经级间冷却，刚好被下一级所吸进前一级

29、排出的气体经级间冷却，刚好被下一级所吸进三三 热力性能5.功率功率轴功：轴功：即主轴需要的总功，是直接用于压缩气体的即主轴需要的总功，是直接用于压缩气体的指示功指示功和用于克服机和用于克服机械摩擦的械摩擦的摩擦功摩擦功之和。之和。功率：功率：单位时间所消耗的功，单位为单位时间所消耗的功，单位为W或或kW。压缩机任意压缩机任意j级的指示功率级的指示功率理想气体理想气体：压缩机任意压缩机任意j级的指示功率级的指示功率实际气体实际气体：指示功率：指示功率：Ni（nWi）/60轴功率：轴功率：NzNi/m （m 为压缩机的机械效率）为压缩机的机械效率）压缩机总的指示功率：压缩机总的指示功率：三三 热力

30、性能6.效率（效率（机械效率和热效率机械效率和热效率）机械效率：机械效率：指示功率与轴功率之比。即：指示功率与轴功率之比。即：等温效率：等温效率：包括等温指示效率和等温轴效率。包括等温指示效率和等温轴效率。u 等温指示效率等温指示效率i-is：压缩机压缩机理论等温循环指示功理论等温循环指示功与与实际循环指示功实际循环指示功之比。之比。u 等温轴效率：等温轴效率：也称全等温效率，是按照第一级进气口温度等温压缩到也称全等温效率，是按照第一级进气口温度等温压缩到排气压力时的排气压力时的理论等温循环指示功率理论等温循环指示功率与与实际循环的轴功率实际循环的轴功率之比。即：之比。即：三三 热力性能绝热效

31、率：绝热效率：包括绝热指示效率和绝热轴效率。包括绝热指示效率和绝热轴效率。u 绝热指示效率绝热指示效率：压缩机的理论绝热循环指示功与实际循环指示功之比。压缩机的理论绝热循环指示功与实际循环指示功之比。u 绝热轴效率：绝热轴效率：理论绝热循环指示功率与实际循环的轴功率之比。即：理论绝热循环指示功率与实际循环的轴功率之比。即：比功率：比功率：排气压力相同的机器，单位容积流量所消耗的功率。排气压力相同的机器，单位容积流量所消耗的功率。u 单位为单位为kW/（m3/min）或）或kW/（m3/h）u 常用于比较同一类型压缩机的经济性，如空气动力压缩机。常用于比较同一类型压缩机的经济性，如空气动力压缩机。