容積式壓縮機1公開課一等獎市優(yōu)質課賽課獲獎課件

過程流體機械二〇一四年十月山東科技大學機械電子工程學院第二章容積式壓縮機主要內容一往復壓縮機概述二往復壓縮機的工作過程三往復壓縮機的熱力性能四往復壓縮機的動力性能五往復壓縮機的氣閥和密封六往復壓縮機的調節(jié)方式及其控制七往復壓縮機的選型八回轉式壓縮機一往復壓縮機概述往復壓縮機的總體結構往復壓縮機的工作原理往復壓縮機的特點一往復壓縮機概述1.總體結構組成：氣缸活塞（活塞環(huán)）進、排氣閥連桿曲軸一往復壓縮機概述組成：氣缸，活塞（活塞環(huán)），進、排氣閥，活塞桿（填料）十字頭（銷），連桿，曲軸一往復壓縮機概述L型兩級空氣壓縮機組成：氣缸活塞（活塞環(huán)）進、排氣閥活塞桿（填料）十字頭曲軸連桿平衡重中間冷卻器壓縮機的一列壓縮機的一列一往復壓縮機概述V型兩級空氣壓縮機組成：氣缸活塞（活塞環(huán)）進、排氣閥曲軸連桿中間冷卻器壓縮機的一列壓縮機的一列一往復壓縮機概述

工作腔部分：處理氣體

氣缸（缸蓋）活塞組件（活塞環(huán)、活塞桿和填料密封）氣閥（進氣閥和排氣閥）傳動部分：驅動活塞往復運動

曲軸連桿十字頭（銷）機身部分：支撐氣缸與傳動部分輔助設備

潤滑系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)（缸套、中間冷卻器）管路系統(tǒng)等往復壓縮機的基本結構組成：一往復壓縮機概述

機身氣缸體氣缸蓋氣缸座一往復壓縮機概述活塞與活塞桿相連與連桿相連一往復壓縮機概述活塞環(huán)和活塞桿一往復壓縮機概述氣閥網(wǎng)狀閥片環(huán)狀閥片閥座閥片彈簧升程限制器一往復壓縮機概述曲軸主軸頸連桿軸頸平衡重曲柺一往復壓縮機概述連桿一往復壓縮機概述連桿的連接一往復壓縮機概述十字頭及銷

十字頭與連桿小端的連接通過十字頭銷，十字頭與活塞桿可采用螺紋連接、法蘭連接等。填料密封（盤根密封）一往復壓縮機概述一往復壓縮機概述2.往復壓縮機的工作原理一級（或一個循環(huán)）：進氣壓縮排氣往復式壓縮機——雙作用式氣缸一往復壓縮機概述左氣缸進氣壓縮(排氣)右氣缸壓縮(排氣)進氣同級壓縮往復式壓縮機——級差式氣缸一往復壓縮機概述多級壓縮一往復壓縮機概述3.往復壓縮機的特點

排氣壓力與流量的關系不大，工作穩(wěn)定性較好；工作性能與氣體性質關系不大，故適應性較強；容易達到較高的壓力；熱效率較高；結構較復雜，易損壞零件較多氣體吸入和排出是間歇的，容易引起氣柱及管道的振動。各類壓縮機的適用范圍二往復壓縮機的工作過程

壓縮機的理論循環(huán)壓縮機的實際循環(huán)多級壓縮壓縮機的理論循環(huán)1.基本概念一級：被壓縮氣體進入工作腔完成一次氣體壓縮稱為一級，包括進氣、壓縮、排氣等過程，也稱為一個工作循環(huán)。進程：活塞向“外止點”運動時，稱為進程?；爻蹋夯钊颉皟戎裹c”運動時，稱為回程。行程：活塞從一個止點到另一個止點的距離稱為行程“s”。外止點內止點

氣體通過進、排氣閥時無壓力損失，進、排氣壓力沒有波動，保持恒定；在排氣過程終了時，被壓縮氣體全部排出汽缸；工作腔作為一個孤立體與外界無熱交換；（等溫或絕熱過程）壓縮氣體為理想氣體，其過程指數(shù)為定值；壓縮和排氣過程無氣體泄漏。2.理論循環(huán)的特征壓縮機的理論循環(huán)對工作循環(huán)做如下假設壓縮機的理論循環(huán)外止點內止點41：進氣過程12：壓縮過程23：排氣過程理論工作循環(huán)過程：4123壓力指示圖（示功圖）3.理論工作循環(huán)過程進氣狀態(tài)：P1，V1排氣狀態(tài)：P2，V2壓縮機的理論循環(huán)4.理論循環(huán)的指示功（1）理論進氣量V1和行程容積VS指示功：壓縮機完成一個工作循環(huán)所消耗的外功。壓縮機的理論循環(huán)（2）指示功Wi（即示功圖上封閉循環(huán)圖的面積）絕熱壓縮理論循環(huán)指示功：等溫壓縮理論循環(huán)指示功：多變壓縮理論循環(huán)指示功：其中，K為絕熱指數(shù)，即此時過程指數(shù)m=k其中，m為過程指數(shù)結論：等溫壓縮過程的功耗最少，絕熱壓縮的功耗最多。即等溫壓縮最省功?！埃北硎净钊麑怏w做功（即外界作功）此時，過程指數(shù)m=1

任何工作腔都存在余隙容積；壓縮機的實際循環(huán)1.實際循環(huán)的特點（容積系數(shù)）排氣閥余隙容積氣缸蓋進氣閥活塞環(huán)氣缸P2P1

余隙容積V0：排氣壓縮終了時，氣缸中殘留氣體所占的壓縮腔容積余隙容積包括：活塞與氣缸的間隙容積；氣閥片的通道容積；活塞頂部至第一活塞環(huán)間的容積

在進入下一個工作循環(huán)時，殘留于余隙容積中的高壓氣體要先進行一個膨脹過程，從而影響了進氣量氣體流經進、排氣閥和管道時必然有摩擦，由此產生壓力損失；壓縮機的實際循環(huán)1.實際循環(huán)的特點（壓力系數(shù)）

進氣時，氣缸內壓力P一般低于進氣管道壓力P1;

排氣時，氣缸內排氣壓力P高于排氣管道壓力P2;

氣體與各接觸壁間存在溫差，導致不斷有熱量吸入和放出；壓縮機的實際循環(huán)1.實際循環(huán)的特點（溫度系數(shù)）

進氣時，氣體溫度低于氣缸壁，氣體吸熱;

壓縮過程中，吸熱壓縮絕熱壓縮放熱壓縮排氣時，氣體溫度高于氣缸壁，氣體放熱。

氣缸容積不可能絕對密封；

漏氣：進、排氣閥；活塞環(huán)與氣缸壁間；填料密封

閥室容積不是無限大；往復壓縮機間斷地吸、排氣，使與工作腔相連部分產生壓力脈動。（泄漏系數(shù)）（影響氣體壓力產生脈動）

實際氣體與理想氣體存在差別；壓縮機的實際循環(huán)1.實際循環(huán)的特點理想氣體：實際氣體：

特殊條件下使用壓縮機，例如：

進氣過程：壓力明顯降低;排氣過程：壓力明顯升高。壓縮機的實際循環(huán)cd：膨脹過程da：進氣過程ab：壓縮過程bc：排氣過程2.實際工作循環(huán)過程實際循環(huán)的進氣量VS2一定少于理論循環(huán)進氣量VS壓力P1下的實際進氣量余隙容積壓縮機的實際循環(huán)3.實際循環(huán)的進、排氣量（1）容積系數(shù)λv——存在余隙容積V0其中：α＝V0/VS：相對余隙容積

ε＝p2/p1：名義壓力比；

m：膨脹指數(shù)容積系數(shù)λv是小于1的系數(shù)，表征了余隙容積對氣缸吸氣能力的影響注意：i）氣缸行程容積VS一定時，余隙容積越大，容積系數(shù)越小;ii）進氣壓力一定時，排氣壓力越高，容積系數(shù)越小。壓縮機的實際循環(huán)（2）壓力系數(shù)λp——進、排氣閥有壓力損失影響壓力系數(shù)的主要因素：

吸氣閥處于關閉狀態(tài)時的彈簧力進氣管道中的壓力波動pa：進氣結束時工作腔內的壓力壓力系數(shù)λp

（≤1）表示壓力降低對進氣量減小的影響程度（即導致吸氣容積減小了ΔV2）。壓力系數(shù)根據(jù)經驗選?。簹忾y彈簧力設計正確時，第一級的壓力系數(shù)一般取0.95~0.98；對彈簧力相對氣體壓力小很多的其他級，壓力系數(shù)取0.98~1。壓縮機的實際循環(huán)（3）溫度系數(shù)λT——氣體與工作腔壁有熱交換

該級的壓力比；氣體的性質及氣缸的冷卻程度。影響溫度系數(shù)的主要因素：溫度系數(shù)可按照圖2－12選取，一般在0.92~0.98Ta：進氣結束時工作腔內氣體的溫度溫度系數(shù)λT（＜1）表示進入氣缸的氣體由于吸熱膨脹而使進氣量減小的程度。

進氣過程中氣缸壁及活塞傳給氣體的熱量；進氣克服氣閥摩擦力做功轉化的熱量。Ta大于T1的原因：壓縮機的實際循環(huán)（4）泄漏系數(shù)λl——氣缸并非絕對密封

有油潤滑壓縮機一般取0.90～0.98

無油潤滑壓縮機一般取0.85～0.95（5）實際循環(huán)進氣量VS’和排氣量Vd其中：，稱為排氣系數(shù)；也稱容積效率，用ηV表示氣缸的活塞環(huán)；氣閥；填料密封主要的泄漏部位：其中：，稱為吸氣系數(shù)壓縮機的實際循環(huán)4.實際循環(huán)指示功Wi其中：δs,δ0：進氣相對壓力損失和總的相對壓力損失對理想氣體對實際氣體注：實際氣體的指示功也可由P-V圖直接近似計算。（查圖2-14確定）1.多級壓縮的定義

多級壓縮是將氣體的壓縮過程分若干級進行，并在每級壓縮之后導入中間冷卻器進行冷卻。P1P2多級壓縮L型氮氫氣壓縮機多級壓縮2.多級壓縮的優(yōu)缺點缺點：級數(shù)過多，結構復雜；級間管路增加，阻力損失增加，功耗增加；操作與維修困難等。優(yōu)點：

節(jié)省壓縮氣體的指示功；可以降低排氣溫度；

排氣溫度：可以提高容積系數(shù)λv

；可以降低活塞力。多級壓縮實際單級壓縮等溫單級壓縮3.級數(shù)的選擇選擇原則：

大、中型壓縮機：以最省功為原則；小型壓縮機：以每級允許的排氣溫度或結構緊湊為原則；特殊氣體（易燃易爆等）：取決于每級允許的排氣溫度。選擇參考：往復壓縮機級數(shù)與終壓間的關系（表2-2）1234級數(shù)0.3～10.6～61.4～153.6～40終壓MPa5～615～100780～150多級壓縮最佳級數(shù)：從省功角度——使整個機器的等溫指示效率（理論等溫循環(huán)指示功與實際循環(huán)指示功之比）最高（圖2－19）常壓進氣4.壓力比的分配z：壓縮機級數(shù)；pd

和ps為排氣、進氣壓力；εt

為總壓力比。注意：i）實際中，為了平衡活塞力，可適當調整等壓比原則；

ii）為增加進氣量，第一級壓力比可取小些（提高λv

）；

iii）為方便氣量調節(jié)（或排氣溫度），最末一級壓力比也取小些。

多級壓縮過程中，常取等壓比原則分配壓力比。則各級壓力比為：

在理想條件下，對多級壓縮機，按各級壓力比相等分配總壓力比，等溫指示效率最高，即最省功。（參見相關參考書）多級壓縮三熱力性能三熱力性能1.吸、排氣壓力定義吸氣壓力——壓縮機第一級吸入管道處的氣體壓力，ps；排氣壓力——壓縮機末級排出接管處的氣體壓力，pd

。注意：壓縮機銘牌上的排氣壓力指的是額定值；壓縮機的實際吸、排氣壓力可以在較大允許范圍內變化；注意區(qū)分壓縮機的“排氣壓力”和“級間壓力”；吸氣壓力一般與工作過程無關，實際排氣壓力則由排氣系統(tǒng)的壓力（即“背壓”）決定。三熱力性能

壓縮機的排氣壓力Pd由排氣系統(tǒng)的壓力P（也稱背壓）所決定。背壓P取決于進入排氣系統(tǒng)的壓力與系統(tǒng)輸走的壓力是否平衡：

多級壓縮機級間壓力變化也服從上述規(guī)律。首先是第一級開始建立背壓，然后是其后的各級依次建立背壓。壓縮機的排氣壓力（背壓）氣量供需平衡，則Pd=P;

氣量供過于求，則Pd

隨P不斷增加;氣量供不應求，則Pd

隨P逐漸下降。三熱力性能壓縮機的進、排氣系統(tǒng)類型

（一）（二）（三）（四）P1

和P2

均為常數(shù)。P1

為常數(shù)，P2

非常數(shù)P1

非常數(shù)，P2

為常數(shù)P1

，P2均非常數(shù)。2.排氣溫度定義：壓縮機的排氣溫度是指壓縮機末級排出氣體的溫度，應在末級氣缸排氣法蘭接管處測得。各級的排氣溫度應在相應級的排氣管處測得。每一級的排氣溫度計算：注意：要了解限制排氣溫度的必要性：保證良好的潤滑，避免“積炭”；考慮氣體自身性質。可通過加強氣缸的冷卻、降低過程指數(shù)m或壓力比ε，降低排氣溫度。注意區(qū)分“排氣溫度”和“壓縮終了溫度”。三熱力性能壓縮機的排氣溫度計算：三熱力性能3.容積流量（排氣量）定義

容積流量通常是指單位時間內壓縮機最后一級排出的氣體，換算到第一級進口壓力和溫度時的氣體容積值，單位為m3/min或m3/h；通常用qv表示。注意：計算容積流量時，對于實際氣體要考慮其壓縮性系數(shù)；折算容積流量時，要將中途分離出去的氣體（水分等）體積加進去，而將中途添加進的氣體體積扣除。容積流量一定程度上反映了壓縮機的大小，但并不真正反映壓縮機的供氣能力。壓縮機銘牌上的容積流量指的是額定工況時的容積流量。三熱力性能容積流量的計算公式1其中，qvd：末級排出的氣體量，m3/min；

下標s1

：第1級進口狀態(tài)下的參數(shù)；下標d：末級狀態(tài)下的參數(shù)；

Z：壓縮性系數(shù)，對理想氣體值為1；

qvφ：分離的水分換算到第1級進口狀態(tài)的容積流量，m3/min；

qvc：中途除掉的氣體換算到第1級進口狀態(tài)的容積流量，m3/min；若為加入的氣體，則取負值。

：一級進口相對濕度；

PSa1：進氣溫度下的水蒸氣的飽和蒸汽壓?；蛘呷裏崃π阅苋莘e流量的計算公式2（理論計算）其中，VS1：第一級氣缸的行程容積，m3；：第一級氣缸的容積系數(shù)；：第一級氣缸的壓力系數(shù)；

：第一級氣缸的溫度系數(shù)；：第一級氣缸的泄漏系數(shù)；

ηv1

：第一級的容積效率

n：壓縮機的轉速，r/min?；?.各級工作容積的確定其中，qv：壓縮機的容積流量，m3/min；

ηv1

：第一級的容積效率；n：壓縮機轉速，r/min第一級的工作容積為：任意i級的工作容積為：其中，下標1和i分別表示壓縮機的第1級和第i級；

λc：任意i級前