泵与压缩机往复式压缩机ppt课件.pptx

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1、3 3 往复活塞式压缩机往复活塞式压缩机 主要教学内容：主要教学内容：3.13.1往复活塞式压缩机的基本结构和工作原理往复活塞式压缩机的基本结构和工作原理3.23.2往复活塞式压缩机的工作循环往复活塞式压缩机的工作循环3.33.3排气量排气量3.43.4功率和效率功率和效率3.53.5排气温度及排气压力排气温度及排气压力3.63.6多级压缩多级压缩3.73.7实际气体的压缩实际气体的压缩3.83.8压缩机变工况工作及排气量调节压缩机变工况工作及排气量调节3.93.9往复活塞式压缩机的类型及其选择往复活塞式压缩机的类型及其选择3.1 3.1 往复活塞式压缩机的基往复活塞式压缩机的基本结构和工作原

2、理本结构和工作原理 主要教学内容：主要教学内容：1.1.总体结构总体结构 2.2.工作过程和工作原理工作过程和工作原理 3.3.特点及应用特点及应用 4.4.分类及型式分类及型式 5.5.命名规则命名规则 教学目的：教学目的：1.1.了解往复活塞式压缩机的总体结构了解往复活塞式压缩机的总体结构 2.2.掌握工作原理掌握工作原理 3.3.了解往复活塞式压缩机的特点了解往复活塞式压缩机的特点 4.4.了解分类及型式了解分类及型式 5.5.熟悉熟悉命名规则命名规则3.1.1 3.1.1 总体结构总体结构 活塞式压缩机主要活塞式压缩机主要由四大部分组成，即运由四大部分组成，即运动机构、工作机构、辅动机

3、构、工作机构、辅助系统和机身。助系统和机身。1.1.运动机构运动机构 主要由曲轴、连杆、十字头等组成。运动主要由曲轴、连杆、十字头等组成。运动机构是一种曲柄滑块机构，其作用是把曲轴的机构是一种曲柄滑块机构，其作用是把曲轴的旋转运动变为十字头的往复运动。旋转运动变为十字头的往复运动。1).曲轴曲轴 曲曲轴轴是是往往复复活活塞塞式式压压缩缩机机的的重重要要运运动动部部件件，外外界界输输入入的的转转矩矩要要通通过过曲曲轴轴传传给给连连杆杆、十十字字头头，从从而而推推动动活活塞塞作作往往复复运运动动。它它承承受受从从连连杆杆传传来来的周期变化的气体力与惯性力等。的周期变化的气体力与惯性力等。2).连杆

4、连杆 连杆的一端连接曲轴，另一端连接十字头，连杆的一端连接曲轴，另一端连接十字头，将曲轴上的动力传递给十字头、活塞杆和活塞。将曲轴上的动力传递给十字头、活塞杆和活塞。连杆包括大头、小头、杆体三部份。连杆包括大头、小头、杆体三部份。3).十字头十字头 十字头是连接活塞杆与连杆的零件，它具十字头是连接活塞杆与连杆的零件，它具有导向作用。十字头与连杆的连接由十字头销有导向作用。十字头与连杆的连接由十字头销来完成。十字头与活塞杆的连接型式分为螺纹来完成。十字头与活塞杆的连接型式分为螺纹连接、联接器连接、法兰连接等。连接、联接器连接、法兰连接等。2.2.工作机构工作机构 主要由气缸、活塞、气阀等组成。工

5、作机主要由气缸、活塞、气阀等组成。工作机构的作用是实现压缩机将机械能转变为气体压构的作用是实现压缩机将机械能转变为气体压能。能。1).气缸气缸 气缸是活塞式压缩机工作部件中的主要部气缸是活塞式压缩机工作部件中的主要部分。根据压缩机不同的压力、排气量、气体性分。根据压缩机不同的压力、排气量、气体性质等需要，应选用不同的材料与结构型式。质等需要，应选用不同的材料与结构型式。2).气阀气阀 气阀是往复活塞式压缩机中的重要部件，气阀是往复活塞式压缩机中的重要部件，也是易损坏的部件之一。它的好坏直接影响压也是易损坏的部件之一。它的好坏直接影响压缩机的排气量、功率消耗及运转的可靠性。缩机的排气量、功率消耗

6、及运转的可靠性。活塞式压缩机一般都采用活塞式压缩机一般都采用“自动阀自动阀”，也，也就是气阀的开启与关闭是依靠阀片两边的压力就是气阀的开启与关闭是依靠阀片两边的压力差实现的，没有其它的驱动机构。差实现的，没有其它的驱动机构。3).活塞活塞 活塞与气缸构成压缩工作容积，是压缩机活塞与气缸构成压缩工作容积，是压缩机中重要的工作部件。可分为筒形活塞和盘形活中重要的工作部件。可分为筒形活塞和盘形活塞两大类。塞两大类。筒形活塞常为单作用活塞，用于小型无十筒形活塞常为单作用活塞，用于小型无十字头的压缩机，通过活塞销与连杆直接相连。字头的压缩机，通过活塞销与连杆直接相连。盘形活塞用于中、低压双作用气缸，盘形

7、盘形活塞用于中、低压双作用气缸，盘形活塞通过活塞杆与十字头相连，它不承受侧向活塞通过活塞杆与十字头相连，它不承受侧向力。力。3.3.辅助系统辅助系统 包括润滑系统、冷却系统及调节系统。包括润滑系统、冷却系统及调节系统。4.4.机身机身 用用来来支支承承和和安安装装整整个个运运动动机机构构和和工工作作机机构构，又兼作润滑油箱用。又兼作润滑油箱用。3.1.2 3.1.2 工作过程和工作原理工作过程和工作原理1.1.工作过程工作过程 以以单单缸缸单单作作用用压压缩缩机机为为例例，说说明明其其工工作作过过程。程。活活塞塞处处于于最最左左端端位位置置时时，进进气气阀阀和和排排气气阀阀处处于于关关闭闭状状

8、态态。当当活活塞塞从从最最左左端端向向右右运运动动时时，活活塞塞右右则则的的工工作作容容积积变变大大，气气体体膨膨胀胀，压压强强逐逐步步减减小小。在在进进气气阀阀和和排排气气阀阀仍仍处处于于关关闭闭状状态态时时，气体膨胀，压强减小，此过程称为膨胀过程。气体膨胀，压强减小，此过程称为膨胀过程。当当活活塞塞继继续续右右移移，工工作作容容积积继继续续增增大大，气气体体压压强强继继续续下下降降直直到到略略低低于于吸吸气气管管内内气气体体压压力力时时，进进气气阀阀被被顶顶开开，进进气气管管里里的的气气体体便便通通过过进进气气阀阀不不断断地地被被吸吸入入进进入入工工作作容容积积，直直到到活活塞塞到到达达最

9、最右右端端为为止止，该该过过程程称称为为吸吸入入过过程程。在在吸吸入过程中排气阀仍处于关闭。入过程中排气阀仍处于关闭。当当活活塞塞从从最最右右端端向向左左运运动动时时，工工作作容容积积变变小小，气气体体压压强强逐逐步步增增大大，使使进进气气阀阀关关闭闭。在在工工作作容容积积中中的的气气体体压压强强不不足足以以顶顶开开排排气气阀阀之之前前，进进、排排阀阀均均处处于于关关闭闭状状态态，缸缸内内气气体体被被压压缩缩而而压力升高，该过程称为压缩过程。压力升高，该过程称为压缩过程。活活塞塞继继续续左左移移，工工作作容容积积中中的的气气体体压压强强继继续续增增大大。当当气气体体压压力力能能顶顶开开排排气气

10、阀阀时时，工工作作容容积积中中的的气气体体通通过过排排气气阀阀流流出出工工作作容容积积，进进入入排排气气管管，直直到到活活塞塞到到达达最最左左端端为为止止，该该过过程程称称为为排气过程。排气过程。由由上上可可见见，曲曲轴轴旋旋转转一一周周，活活塞塞左左右右往往复复一一次次，压压缩缩机机经经历历了了膨膨胀胀、吸吸入入、压压缩缩、排排气气过过程程，实实现现一一次次气气体体的的吸吸入入和和排排出出，整整个个过过程程称称为为一一个个工工作作循循环环。曲曲轴轴不不断断旋旋转转，不不断断重重复上述工作循环，实现气体的不断吸入和排出。复上述工作循环，实现气体的不断吸入和排出。气气阀阀的的启启闭闭是是依依靠靠

11、缸缸内内外外压压力力差差来来实实现现的的，一一般般吸吸气气或或排排气气管管道道内内的的压压力力是是维维持持恒恒定定的的。因因此此，只只有有依依靠靠活活塞塞的的往往复复运运动动，改改变变了了缸缸内内容容积积，从从而而使使缸缸内内气气体体压压强强发发生生变变化化，使使气气阀阀两两侧侧形形成成一一定定压压差差，该该压压差差使使气气阀阀关关闭闭或或打开。打开。2.2.工作原理工作原理 由由工工作作过过程程可可见见，往往复复活活塞塞式式压压缩缩机机的的工工作作原原理理是是：由由于于活活塞塞在在气气缸缸内内的的来来回回运运动动与与气气阀阀相相应应的的开开闭闭动动作作相相配配合合，使使缸缸内内气气体体依依次

12、次实实现现膨膨胀胀、吸吸气气、压压缩缩、排排气气四四个个过过程程，不不断断循循环，将低压气体升压而源源输出。环，将低压气体升压而源源输出。3.1.3 3.1.3 特点及应用特点及应用1 1特点特点 1).1).工作的稳定性好；工作的稳定性好；2).2).适应性强；适应性强；3).3).效率较高；效率较高；4).4).结构复杂，易损件较多；结构复杂，易损件较多；5).5).吸吸入入和和排排出出是是间间隙隙的的，活活塞塞运运动动速速度度是是变变化化的的，流流量量波波动动较较大大，易易引引起起压压缩缩机机和和管管道道振动工作的稳定性好振动工作的稳定性好 2 2应用应用3.1.4 3.1.4 分类及型

13、式分类及型式 这里主要介绍这里主要介绍按结构型式分按结构型式分类：类：3.1.5 3.1.5 命名规则命名规则1.命名规则命名规则 第一个方框：表示结构代号，用拼音字母表示。第一个方框：表示结构代号，用拼音字母表示。第二个方框：表示机器特征代号，用拼音字母表第二个方框：表示机器特征代号，用拼音字母表示，示，W表示无油润滑，表示无油润滑，WJ表示无基础，表示无基础，D表表示低噪声罩式，示低噪声罩式，B表示直联便携式，表示直联便携式，F表示风表示风冷，冷，Y表示移动式；表示移动式；第三个方框：表示额定排气量（第三个方框：表示额定排气量（m3/min）；）；第四个方框：表示额定排气压力（第四个方框：

14、表示额定排气压力（105Pa）；）；第五个方框：表示差异，用字母或数字表示。第五个方框：表示差异，用字母或数字表示。2.命名举例命名举例 1).压缩机型号：压缩机型号：VD-0.25/7 V型型 低噪声罩式低噪声罩式 额定排气量额定排气量0.25m3/min 额定排气压力额定排气压力7 105Pa2).压缩机型号：压缩机型号：VY-6/7 V型型 移动式移动式 额定排气量额定排气量6m3/min 额定排气压力额定排气压力7 105Pa3).压缩机型号：压缩机型号：P-3/285-320 卧式卧式 额定排气量额定排气量3m3/min 额定进气压力额定进气压力285 105Pa 额定排气压力额定排

15、气压力320 105Pa3.23.2 往复活塞式压缩机的工往复活塞式压缩机的工作循环作循环 分析活塞式压缩机的工作过程，其目的在分析活塞式压缩机的工作过程，其目的在于研究其主要工作参数，如排气量、功率、压于研究其主要工作参数，如排气量、功率、压力、温度之间的关系，从而解决排气量、功率力、温度之间的关系，从而解决排气量、功率和温度的计算。和温度的计算。进行压缩机热力计算的任务是根据要求的进行压缩机热力计算的任务是根据要求的排气量和工作压力来确定所需的功率、气缸直排气量和工作压力来确定所需的功率、气缸直径、行程和转数等，或是对已有压缩机进行改径、行程和转数等，或是对已有压缩机进行改造，确定其所能达

16、到的排气量和消耗的功率。造，确定其所能达到的排气量和消耗的功率。一、理论工作循环一、理论工作循环 压缩机在每转中，气缸内都有膨胀、吸气、压缩机在每转中，气缸内都有膨胀、吸气、压缩、排气四个过程组成一个工作循环，其过压缩、排气四个过程组成一个工作循环，其过程服从热力学规律。但为方便研究起见，使压程服从热力学规律。但为方便研究起见，使压缩机的工作过程理想化，假设如下：缩机的工作过程理想化，假设如下：(1)(1)在进、排气过程中没有阻力损失，且气在进、排气过程中没有阻力损失，且气体状态保持不变。在压缩过程中，多变指数保体状态保持不变。在压缩过程中，多变指数保持不变；持不变；(2)(2)压缩机没有余隙

17、容积，因而被压缩的气压缩机没有余隙容积，因而被压缩的气体能够完全排净；体能够完全排净；(3)(3)没有漏气现象；没有漏气现象；(4)(4)被压缩气体是理想气体。被压缩气体是理想气体。在上述假设的前提下，压缩机的工作过程在上述假设的前提下，压缩机的工作过程可以简化为如图所示的三个热力过程。可以简化为如图所示的三个热力过程。吸气过程。活塞从最左端移到最右端，吸吸气过程。活塞从最左端移到最右端，吸气阀打开，排气阀关闭，气体在气阀打开，排气阀关闭，气体在p1压力下进入压力下进入气缸，为等压过程气缸，为等压过程da。这时，气体以压力。这时，气体以压力p1推着活塞移动，气体对活塞作功为推着活塞移动，气体对

18、活塞作功为p1V。压压缩缩过过程程。活活塞塞从从最最右右端端开开始始向向左左移移动动，吸吸、排排气气阀阀均均关关闭闭，气气缸缸内内气气体体压压力力逐逐步步升升高高，一般是多变过程一般是多变过程 。排排气气过过程程。活活塞塞继继续续向向左左移移动动，排排气气阀阀打打开开，气气体体在在p p2 2压压力力下下从从缸缸内内排排出出，该该过过程程是是等等压压过过程程，即即 。活活塞塞到到达达最最左左端端，缸缸内内气气体被排尽，到此完成了一个理论工作循环。体被排尽，到此完成了一个理论工作循环。吸吸、排排气气过过程程是是气气体体的的流流动动过过程程，缸缸内内的的气气量量是是改改变变的的。压压缩缩过过程程是

19、是一一定定量量气气体体的的热热力力过过程程，压压缩缩线线的的曲曲率率取取决决于于过过程程指指数数m m。当当压压缩缩过过程程冷冷却却完完全全，即即进进行行等等温温压压缩缩时时，m=1m=1；当当压压缩缩过过程程与与外外界界无无热热交交换换时时,为为绝绝热热压压缩缩，m=km=k；当当压压缩缩过过程程中中与与外外界界有有部部分分热热交交换换时时，为为多多变变过过程程。若若气气体体放放热热，m mk k；若若气气体体吸吸热热，m mk k。活塞式压缩机中。活塞式压缩机中m m一般介于一般介于1 1与与k k之间。之间。1 1级的进气量级的进气量 对单作用压缩机，同级一转的进气量为：对单作用压缩机，

20、同级一转的进气量为：i i为同级缸数，为同级缸数，D D为活塞直径，为活塞直径，S S为冲程长度。为冲程长度。对双作用压缩机，同级一转的进气量为：对双作用压缩机，同级一转的进气量为：(d(d活塞杆直径活塞杆直径)2 2压缩过程中容积、温度与压力的关系压缩过程中容积、温度与压力的关系 由由热热力力学学的的过过程程方方程程知知，理理想想气气体体自自状状态态1 1(p(p1 1，V V1 1，T T1 1)压压缩缩到到状状态态2 2（p p2 2，V V2 2，T T2 2），两两状态间的关系有：状态间的关系有：3 3理论功率理论功率 压压缩缩机机每每一一循循环环所所需需的的理理论论指指示示功功是是

21、吸吸气气、压压缩缩、排排气气三三部部分分指指示示功功之之和和。在在压压缩缩机机中中，设设活活塞塞对对气气体体作作功功为为正正，气气体体对对活活塞塞作作功功为为负负，则循环的理论指示功为：则循环的理论指示功为：(1)等温压缩过程等温压缩过程(2)绝热压缩过程绝热压缩过程(3)多变压缩过程多变压缩过程 实实际际压压缩缩机机中中多多变变指指数数是是很很难难确确定定的的，它它与与气气缸缸传传热热效效率率有有关关。热热量量不不易易导导出出者者，m m值值高高，接接近近于于绝绝热热指指数数k k，反反之之m m值值低低。如如水水冷冷气气缸缸比比风风冷冷气气缸缸导导热热好好，低低转转速速比比高高转转速速容容

22、易易导导出出热热量量，小小尺尺寸寸气气缸缸比比大大尺尺寸寸气气缸缸相相对对散散热热面面积积大大而而易易导导出出热热量量。各各种种情情况况都都要要具具体体分分析析后后根据经验合理确定。根据经验合理确定。理想气体状态方程式：理想气体状态方程式：将上列各式中将上列各式中p pl lV Vl l用用mRTmRT1 1代入，则可以看出代入，则可以看出W W与与T T1 1成正比，也与成正比，也与R R成正比。说明初温较低的气体成正比。说明初温较低的气体压缩功耗较省，压缩同样质量的气体时，密度压缩功耗较省，压缩同样质量的气体时，密度小的气体功耗大，因气体常数小的气体功耗大，因气体常数R R与分子量与分子量

23、M M成反成反比。比。二、实际工作循环二、实际工作循环 理论循环在实际压缩机中是不可能实现的。理论循环在实际压缩机中是不可能实现的。实际压缩机中，为避免活塞与缸盖相撞以及气实际压缩机中，为避免活塞与缸盖相撞以及气阀结构、气阀安装的需要，在气缸端部都留有阀结构、气阀安装的需要，在气缸端部都留有一定的空隙，称为余隙容积。此外在压缩机吸、一定的空隙，称为余隙容积。此外在压缩机吸、排气过程中有阻力损失。缸内气体与外界有热排气过程中有阻力损失。缸内气体与外界有热交换。这些因素都使实际工况要比理论工况复交换。这些因素都使实际工况要比理论工况复杂。杂。实际循环与理论循环的区别是：实际循环与理论循环的区别是：

24、(1)(1)由于存在余隙容积，实际工作循环由膨由于存在余隙容积，实际工作循环由膨胀、吸气、压缩和排气四个过程组成，而理论胀、吸气、压缩和排气四个过程组成，而理论循环则无膨胀过程，这使实际吸气量比理论要循环则无膨胀过程，这使实际吸气量比理论要少。少。(2)(2)实际吸、排气过程存在阻力损失，使实实际吸、排气过程存在阻力损失，使实际缸内吸气压力低于吸气管内压力际缸内吸气压力低于吸气管内压力p p1 1，实际缸，实际缸内排气压力高于排气管内压力内排气压力高于排气管内压力p2p2。吸、排气管内的压力取决于外界系统压力，吸、排气管内的压力取决于外界系统压力，与缸内过程无关，此压力是在压缩机标准吸、排与缸

25、内过程无关，此压力是在压缩机标准吸、排气位置上测得的压力，叫做标准吸、排气压力，气位置上测得的压力，叫做标准吸、排气压力，也称为名义吸、排气压力。而气缸内气体的瞬时也称为名义吸、排气压力。而气缸内气体的瞬时工作压力工作压力p p是周期性变化的。是周期性变化的。(3)(3)压压缩缩机机工工作作中中，活活塞塞环环、填填料料和和气气阀阀等等不不可避免会有泄漏。可避免会有泄漏。(4)(4)在膨胀和压缩过程中，气体与缸壁间的热在膨胀和压缩过程中，气体与缸壁间的热交换使膨胀过程指数和压缩过程指数不断变化。交换使膨胀过程指数和压缩过程指数不断变化。为计算方便，工程上常把过程指数简化成常数。为计算方便，工程上

26、常把过程指数简化成常数。3.33.3 排气量排气量一、排气量的定义一、排气量的定义 由于实际要求与换算方法的不同。压缩机由于实际要求与换算方法的不同。压缩机的排气量的排气量(或称流量或称流量)有实际容积流量有实际容积流量(实际排气实际排气量量)与标准容积流量与标准容积流量(标准排气量标准排气量)两种。两种。1实际容积流量实际容积流量 实际排气量是经压缩机压缩并在标准排气实际排气量是经压缩机压缩并在标准排气位置排出气体的容积流量，换算到第一级进口位置排出气体的容积流量，换算到第一级进口标准吸气位置的气体容积值。标准吸气位置的气体容积值。标准吸、排气位置是压缩机上认为有代表标准吸、排气位置是压缩机

27、上认为有代表性的吸、排气位置。此位置随压缩机的结构及性的吸、排气位置。此位置随压缩机的结构及安装方式而变化，在有关压缩机试验方法的标安装方式而变化，在有关压缩机试验方法的标准中有明确规定。准中有明确规定。压缩机铭牌上的排气量叫额定排气量，是压缩机铭牌上的排气量叫额定排气量，是在特定进口状态在特定进口状态(进气压力为进气压力为10105 5PaPa、温度为、温度为20)20)的排气量。的排气量。2标准容积流量标准容积流量 在在化化工工工工艺艺中中使使用用的的压压缩缩机机，由由于于工工艺艺计计算算的的需需要要，将将压压缩缩机机在在标标准准排排气气位位置置的的实实际际容容积积流流量量换换算算到到标标

28、准准工工况况的的气气体体容容积积值值叫叫标标准准排排气量，也称供气量。气量，也称供气量。二、活塞压缩机的实际吸气量二、活塞压缩机的实际吸气量 在理论工作循环中，压缩机每转的理论吸在理论工作循环中，压缩机每转的理论吸气量就是气缸的工作容积气量就是气缸的工作容积V Vh h,实际吸气量总小实际吸气量总小于理论吸气量。于理论吸气量。如图示，排气终了点是如图示，排气终了点是C C点，缸内残留气点，缸内残留气体的容积为体的容积为V Vc c，在膨胀过程中，这部分气体的在膨胀过程中，这部分气体的体积膨胀在开始吸气时所占容积为体积膨胀在开始吸气时所占容积为 。因。因此，吸入的新鲜气体容积为：此，吸入的新鲜气

29、体容积为：由于余隙容积的影响，使气缸有效吸气容积比由于余隙容积的影响，使气缸有效吸气容积比理论值减少了理论值减少了 。余隙容积对气缸有效吸气。余隙容积对气缸有效吸气容积的影响用容积系数反映，即：容积的影响用容积系数反映，即：此此外外，吸吸气气终终了了点点是是A A点点，此此时时的的状状态态为为p pA A、T TA A，其其中中p pA Ap1p1、T TA AT T1 1，根根据据吸吸气气量量的的定定义义，要要从从A A点点状状态态换换算算到到标标准准位位置置吸吸气气状状态态p p1 1、T T1 1，所得每转的实际吸气量为，所得每转的实际吸气量为V V1 1。式中：式中：p p为压力系数，

30、为压力系数，T T为温度系数。为温度系数。1 1容积系数容积系数 设设膨膨胀胀过过程程的的多多变变指指数数为为 ，压压力力以以标标准准吸吸排排气气状状态态压压力力为为基基准准，余余隙隙容容积积中中残残留留气气体的体积膨胀量体的体积膨胀量 为：为：a a为相对余隙容积，为相对余隙容积，为压力比。容积系数反为压力比。容积系数反映气缸容积的利用程度，它受到相对余隙容积、映气缸容积的利用程度，它受到相对余隙容积、压力比、多变指数的影响。压力比、多变指数的影响。(1)(1)相对余隙容积相对余隙容积a a 在压力比和过程指数一定时，相对余隙容在压力比和过程指数一定时，相对余隙容积积a a越大，残留气体膨胀

31、后占去的容积越大，越大，残留气体膨胀后占去的容积越大，气缸的利用率越低。在结构设计中，力求减小气缸的利用率越低。在结构设计中，力求减小气缸的余隙容积。气缸的余隙容积。据统计气阀通道容积约占总余隙容积的一据统计气阀通道容积约占总余隙容积的一半以上，是最主要的部分。其值取决于气阀结半以上，是最主要的部分。其值取决于气阀结构及气阀在气缸上的布置情况。一般网状阀、构及气阀在气缸上的布置情况。一般网状阀、环状阀的环状阀的a a值小于直流阀，环状进、排气阀放值小于直流阀，环状进、排气阀放在一起的组合阀的在一起的组合阀的a a值最小。气阀沿缸的径向值最小。气阀沿缸的径向布置时布置时a a值较大，轴向布置值较

32、大，轴向布置a a值最小，斜向布置值最小，斜向布置时处于两者之间。时处于两者之间。(2)(2)压力比压力比 对同一级气缸来说，当相对余隙容积和过对同一级气缸来说，当相对余隙容积和过程指数一定时，压力比程指数一定时，压力比越大，残留气体膨胀越大，残留气体膨胀后所占的容积越大。极限情况下，残留气体膨后所占的容积越大。极限情况下，残留气体膨胀后占据整个气缸工作容积，此时气缸完全不胀后占据整个气缸工作容积，此时气缸完全不能吸入新鲜气体，容积系数等于零，此时的压能吸入新鲜气体，容积系数等于零，此时的压力比称极限压力比力比称极限压力比maxmax，即：，即：（3 3）过程指数）过程指数 残留气体与缸壁间的

33、热交换使膨胀过程中残留气体与缸壁间的热交换使膨胀过程中指数指数 发生变化。膨胀初期，气体温度高于发生变化。膨胀初期，气体温度高于缸壁及活塞温度，气体放热膨胀，缸壁及活塞温度，气体放热膨胀，；膨胀；膨胀中期两者温度相同，没有热交换，中期两者温度相同，没有热交换，；膨；膨胀后期，气体温度低于缸壁温度，气体吸热膨胀后期，气体温度低于缸壁温度，气体吸热膨胀，胀，。的计算参见表的计算参见表3-13-1（p218p218）。）。2 2压力系数压力系数 影响影响pp的主要因素是气阀弹簧力。过强的的主要因素是气阀弹簧力。过强的弹簧力会使吸气阀提前关闭，导致弹簧力会使吸气阀提前关闭，导致p pA A降低，降低，

34、pp值变小。对于正确设计的气阀，常压进气值变小。对于正确设计的气阀，常压进气时时p=0.95p=0.950.980.98；以后各级进气压力较高；以后各级进气压力较高,弹簧力与气体压力的相对比值减小，相对压力弹簧力与气体压力的相对比值减小，相对压力损失减小，可取损失减小，可取p=0.98p=0.981 1。3 3温度系数温度系数 气体在气缸中被压缩，温度升高，同时加气体在气缸中被压缩，温度升高，同时加热了缸壁和活塞。缸壁温度约为吸、排气温度热了缸壁和活塞。缸壁温度约为吸、排气温度的平均值，总是高于吸气管道中气体的温度。的平均值，总是高于吸气管道中气体的温度。因此，在吸气过程中新鲜气体将从缸壁和活

35、塞因此，在吸气过程中新鲜气体将从缸壁和活塞吸收热量而使吸气终了吸收热量而使吸气终了A A点的温度高于吸气温点的温度高于吸气温度，即度，即T TA AT T1 1，使气体比容增大，折算到标准，使气体比容增大，折算到标准吸气状态的吸气量就要减少。吸气状态的吸气量就要减少。三、活塞压缩机的排气量三、活塞压缩机的排气量 由于压缩机的气阀、活塞环、填料、管道由于压缩机的气阀、活塞环、填料、管道及附属设备等密封不严而造成气体泄漏了及附属设备等密封不严而造成气体泄漏了 ，所以压缩机的实际排气量总是比吸气量小。所以压缩机的实际排气量总是比吸气量小。每一转的排气量：每一转的排气量：单位时间的排气量：单位时间的排

36、气量：1 1泄漏系数泄漏系数 压缩机泄漏量的大小用泄漏系数压缩机泄漏量的大小用泄漏系数 表示。表示。压缩机的泄漏有外泄漏和内泄漏两种。外泄漏压缩机的泄漏有外泄漏和内泄漏两种。外泄漏是指直接漏到机外损失掉或直接影响到排气量是指直接漏到机外损失掉或直接影响到排气量的漏失量。内泄漏是指从高压级漏到低压级或的漏失量。内泄漏是指从高压级漏到低压级或级间管道等的泄漏，这部分气体仍在机内，以级间管道等的泄漏，这部分气体仍在机内，以后又被压送回高压级，它不直接影响排气量，后又被压送回高压级，它不直接影响排气量，但会影响级间压力分配。但会影响级间压力分配。单级压缩机的泄漏系数为：单级压缩机的泄漏系数为：多级压缩

37、时，任意第多级压缩时，任意第i i级的泄漏系数为：级的泄漏系数为：2.2.实际排气量实际排气量 当压缩机结构尺才一定时，单级压缩机的当压缩机结构尺才一定时，单级压缩机的排气系数和实际排气量可按下式计算：排气系数和实际排气量可按下式计算：排气系数：排气系数：实际排气量：实际排气量：3 3影响排气量的因素影响排气量的因素 (1)(1)容积系数对排气量影响最大，故在结容积系数对排气量影响最大，故在结构设计时应尽可能减少余隙容积。构设计时应尽可能减少余隙容积。(2)(2)改善气缸的冷却效果，以提高膨胀过程改善气缸的冷却效果，以提高膨胀过程指数，增大排气系数。指数，增大排气系数。(3)(3)良好的密封可

38、以减少泄漏。良好的密封可以减少泄漏。(4)(4)压缩机的转速直接影响排气量的大小。压缩机的转速直接影响排气量的大小。3.43.4 功率和效率功率和效率 一、指示功率一、指示功率 压缩机中直接消耗于压缩气体称为指示功，压缩机中直接消耗于压缩气体称为指示功，可用示功器记录的压力一容积指示图来计算。可用示功器记录的压力一容积指示图来计算。单位时间消耗的指示功称为指示功率。对已有单位时间消耗的指示功称为指示功率。对已有压缩机用实测法进行标定检验，在新设计时则压缩机用实测法进行标定检验，在新设计时则用解析法进行计算。用解析法进行计算。在运转的压缩机上，用示功器测得气缸的在运转的压缩机上，用示功器测得气缸

39、的指示图。目前指示图的取得采用机械示功器、指示图。目前指示图的取得采用机械示功器、电子示功器及计算机采集数据再绘制指示图等电子示功器及计算机采集数据再绘制指示图等方法。取得指示图后用求积仪或计算机求出它方法。取得指示图后用求积仪或计算机求出它的面积的面积A A，则可得压缩机每转的指示功为：，则可得压缩机每转的指示功为：指示功率：指示功率：二、轴功率和原动机功率二、轴功率和原动机功率 活活塞塞式式压压缩缩机机中中，若若原原动动机机输输出出功功率率为为N N0 0，由由于于传传动动装装置置(如如皮皮带带轮轮、联联轴轴器器、齿齿轮轮箱箱等等)的的能能量量消消耗耗，使使压压缩缩机机曲曲轴轴上上所所得得

40、到到的的输输入入功功率率减减小小为为N N，此此值值称称为为轴轴功功率率。另另外外，由由于于压压缩缩机机内内有有摩摩擦擦、有有热热传传递递和和泄泄漏漏，扣扣除除它它们们造造成成的的能能量量损损失失，最最后后在在示示功功器器记记录录的的压压力力容积图上对应的功率才是指示功。容积图上对应的功率才是指示功。1 1轴功率轴功率 轴轴功功率率是是压压缩缩机机驱驱动动轴轴所所需需要要的的功功率率。轴轴功功率率包包括括指指示示功功率率、传传热热及及泄泄漏漏损损失失功功率率、机机械械损损失失功功率率三三部部分分。传传热热及及泄泄漏漏损损失失功功率率不不易易测定，一般在计算轴功时，忽略其影响。因此：测定，一般在

41、计算轴功时，忽略其影响。因此：2.2.原动机功率原动机功率 在在原原动动机机与与曲曲轴轴之之间间，通通常常需需要要传传动动机机构构（皮皮带带传传动动机机构构、齿齿轮轮传传动动机机构构）进进行行减减速速，传传动动机机构构要要造造成成能能量量消消耗耗N Ne e。因因此此原原动动机机功功率率为：为：3.3.原动机配置功率原动机配置功率 实际选用原动机的功率时，考虑到操作条实际选用原动机的功率时，考虑到操作条件和运转负荷的波动，而留件和运转负荷的波动，而留5 51515的储备功的储备功率，即取原动机额定功率为率，即取原动机额定功率为(1.05(1.051.15)N1.15)N0 0。最后查现有原动机

42、标准规格选取。最后查现有原动机标准规格选取。三、热效率和比功率三、热效率和比功率 压缩机的经济性能可用热效率来衡量。压缩机的经济性能可用热效率来衡量。1 1等温理论效率和等温总效率等温理论效率和等温总效率 压缩机理论循环所需的等温理论功率压缩机理论循环所需的等温理论功率N NT T，是理想的最小功率。以此为基推，与相同吸气是理想的最小功率。以此为基推，与相同吸气压力、相同吸气量下的实际指示功率之比，得压力、相同吸气量下的实际指示功率之比，得等温理论效率等温理论效率i-Ti-T，也称等温指示效率，即，也称等温指示效率，即 若等温理论功率若等温理论功率NT 与相应条件下轴功率与相应条件下轴功率N之

43、比，得等温总效率之比，得等温总效率 ，即：，即：等温理论效率反映了实际循环中热交换以及吸、等温理论效率反映了实际循环中热交换以及吸、排气过程阻力造成的损失情况，常用来评价水排气过程阻力造成的损失情况，常用来评价水冷式压缩机的经济性能。等温总效率包含了机冷式压缩机的经济性能。等温总效率包含了机械损失。一般压缩机的等温总效率约为械损失。一般压缩机的等温总效率约为0.600.750。2 2绝热理论效率和绝热总效率绝热理论效率和绝热总效率 绝热理论功率绝热理论功率N NS S与相同吸气压力、相同吸与相同吸气压力、相同吸气量下的实际指示功率之比，得绝热理论效率气量下的实际指示功率之比，得绝热理论效率i-

44、Si-S，即：，即：若若绝热绝热理论功率理论功率NS 与相应条件下轴功率与相应条件下轴功率N之比，得之比，得绝热绝热总效率总效率S S，即：，即：压缩机的实际压缩过程更接近于绝热过程，压缩机的实际压缩过程更接近于绝热过程，故绝热效率较好地反映了压缩机吸、排气过程故绝热效率较好地反映了压缩机吸、排气过程阻力损失所造成的影响，但它并末直接反映压阻力损失所造成的影响，但它并末直接反映压缩机的功率指标是否先进。缩机的功率指标是否先进。同一台压缩机的同一台压缩机的绝热效率总比相应的等温效率高。绝热效率总比相应的等温效率高。3 3比功率比功率NrNr 比功率是单位排气量所消耗的轴功率。比功率是单位排气量所

45、消耗的轴功率。这个指标反映了同类型压缩机在相同吸、排气这个指标反映了同类型压缩机在相同吸、排气条件下能量消耗指标的先进性，用来衡量空气条件下能量消耗指标的先进性，用来衡量空气压缩机经济性的重要指标。在比较时应注意冷压缩机经济性的重要指标。在比较时应注意冷却水入口温度及水耗量也应相同。却水入口温度及水耗量也应相同。3.53.5 排气温度及排气压力排气温度及排气压力一、排气温度一、排气温度 压压缩缩机机的的排排气气温温度度由由气气体体被被压压缩缩的的热热力力过过程程所所决决定定。气气体体压压缩缩终终温温不不易易测测定定，可可将将热热电电偶偶埋埋在在排排气气阀阀内内测测得得较较近近似似的的压压缩缩终

46、终温温。一一般般所所说说排排气气温温度度是是指指在在标标准准排排气气位位量量测测得得的的温温度度，由于散热的影响，该温度低于实际压缩终温。由于散热的影响，该温度低于实际压缩终温。二、排气压力二、排气压力 压缩机铭牌上的压力是设计额定压力，在压缩机铭牌上的压力是设计额定压力，在压缩机上是指标准排气位置测得的压力。压缩压缩机上是指标准排气位置测得的压力。压缩机实际运转中的排气压力并不总是符合设计压机实际运转中的排气压力并不总是符合设计压力，其值取决于排气系统的压力，如储气罐压力，其值取决于排气系统的压力，如储气罐压力或排气端工艺系统的压力。力或排气端工艺系统的压力。3.6 3.6 多级压缩多级压缩

47、 当生产中要求气体工作压力较高时，采用当生产中要求气体工作压力较高时，采用单级压缩不仅不经济，有时甚至是不可能实现单级压缩不仅不经济，有时甚至是不可能实现的，所以必须采用多级压缩。图示为一台三级的，所以必须采用多级压缩。图示为一台三级压缩机工作示意图。气体在进入下一级气缸之压缩机工作示意图。气体在进入下一级气缸之前，必须经过中间冷却器进行等压冷却，并分前，必须经过中间冷却器进行等压冷却，并分离出凝液及润滑油。离出凝液及润滑油。一、多级压缩优点一、多级压缩优点 1 1节省压缩气体的指示功；节省压缩气体的指示功；2 2提高气缸容积利用率；提高气缸容积利用率；3 3降低排气温度；降低排气温度；4 4

48、降低气体作用在活塞上的力。降低气体作用在活塞上的力。但但多多级级压压缩缩结结构构复复杂杂，辅辅助助设设备备多多，级级数数过过多多还还会会使使消消耗耗于于管管路路系系统统及及摩摩擦擦功功的的比比例例增增大。大。二、压力比分配二、压力比分配 设有一台设有一台z z级压缩机，各级工作容积分别为级压缩机，各级工作容积分别为V V V V、V V V Vz z ，各级的吸气压力分别为，各级的吸气压力分别为P P11、P P11、P P11P P1z1z，末级排气压力为，末级排气压力为p p2z2z。假。假设各级吸入温度相同，各级的过程指数设各级吸入温度相同，各级的过程指数m m相同，相同，若忽略级间冷却

49、器阻力损失，则各级的多变理若忽略级间冷却器阻力损失，则各级的多变理论压缩功为：论压缩功为：当各级吸气温度相同时，有：当各级吸气温度相同时，有：则总的多变理论功为：则总的多变理论功为：对上式进行对上式进行 偏导，并令偏导，并令 同理同理 有：有：因此，可以推论得：因此，可以推论得：说明各级压力比相等且吸入温度相同时总指说明各级压力比相等且吸入温度相同时总指示功最小，这就是等压力比分配原则。对理示功最小，这就是等压力比分配原则。对理想气体各级消耗的功也相等。想气体各级消耗的功也相等。三、最佳压力比和级数选择三、最佳压力比和级数选择 1.1.单级的最佳压力比单级的最佳压力比 等压力比原则说明各级压力

50、比间的关系，等压力比原则说明各级压力比间的关系，而要确定压力比的大小还要找出它的最佳值。而要确定压力比的大小还要找出它的最佳值。由于理论等温压缩功最小，因此把实际压缩机由于理论等温压缩功最小，因此把实际压缩机的理论等温效率的理论等温效率 最大时的压力比称为最佳最大时的压力比称为最佳压力比压力比 ，此时最省功。，此时最省功。而而 对上式进行求导，并令对上式进行求导，并令 ，有：，有：2.2.级数选择级数选择 最佳压力比最佳压力比0 0确定后，即可根据等压力比确定后，即可根据等压力比原则确定压缩机的级数。因此，最适宜的级数原则确定压缩机的级数。因此，最适宜的级数z z为：为：z z值不是整数时应园