第二章 活塞式压缩机

1、 第四章第四章 活塞式压缩机活塞式压缩机4.1.1压缩机的用途、种类及应用范围压缩机的用途、种类及应用范围4.1.2活塞式压缩机的基本构造和工作过程活塞式压缩机的基本构造和工作过程4.1.3 活塞压缩机的分类、优缺点及型号编制活塞压缩机的分类、优缺点及型号编制4.1.4活塞式压缩机的历史及发展活塞式压缩机的历史及发展 4.1 4.1 概述概述（一）压缩机的用途 压缩机是一种输送气体和提高气体压力的机器，它的用途十分广泛，如冶金、矿山、机械和国防等，尤其是在石油、化工生产中，压缩机已成为必不可少的设备。 压缩机用途可分为四个方面： 在石油、化工生产中的应用合成及聚合 如氮氢气合成氨气，氢气与二氧

2、化碳合成生成甲醇，高压下生产聚乙烯等。气体输送。制冷和气体分离在动力工程中的应用压缩机压缩机容积式容积式速度式速度式混流式混流式轴流式轴流式离心式离心式回转式回转式往复式往复式活塞式膜片式螺杆式滑片式转子式 应用1.容积式压缩机 是指气体直接受到压缩，从而使气体体积缩小，压力提高的机器。一般这类压缩机具有容纳气体的汽缸，以及压缩气体的活塞。按照容积变化方式的不同有往复式和回转式两种结构。如图2.速度式压缩机利用高速旋转的转子将其机械能传给气体，并使气体机械能中的部分动能转化为静压能，从而提高气体的压力。主要形式有轴流式和离心式两种。如图所示2.2 2.2 活塞压缩机的基本结构活塞压缩机的基本结

3、构1-1-连杆；连杆；2-2-曲轴；曲轴；3-3-中间冷却器；中间冷却器；4-4-活塞杆；活塞杆；5-5-气阀；气阀；6-6-气缸；气缸；7-7-活塞；活塞；8-8-活塞环；活塞环；9-9-填料；填料；1010十字头；十字头；11-11-平衡重；平衡重；1212机身。机身。3LC-4.5/25空压机空压机2.3 2.3 活塞压缩机的命名（活塞压缩机的命名（JB25-89JB25-89）第二节 气体输送和压缩机械气体输送和压缩机械 一、用途1输送气体2产生高压气体3产生真空二、分类 通风机 终压14.7kPa (表) 鼓风机 终压=14.7294kPa(表)，压缩比4按出口的气体的压强分 压缩机

4、 终压294kPa (表)，压缩比4 真空泵 终压=Pa (大气压)，初压为负压三、离心通风机1分类 低压离心通风机 终压0.9807kPa (表) 中压离心通风机 终压 =0.98072.942kPa (表) 高压离心通风机 终压 =2.94214.7kPa (表)2原理： 与离心泵相似3结构： 与离心泵相似，但叶片的数目较多、较大，气体流道的断面有方形和原形两种4性能参数 (1) 风量：单位时间内排出的气体体积，并换算成吸入状态的数值，Q，m3/h。 (2) 风压：单位体积的气体流径风机后，所获得的能量，HT，J/m3=Pa，mmH2O。 风压也由实验测定，装置与测泵扬程的装置相似，原理如

5、下： 在风机进出口之间列柏努利方程，得所以校正（3）轴功率与效率 5特性曲线： 反应HT、HST、N、与Q之间函数关系的曲线。 6选择 (1) 确定输送系统的风量和风压 生产任务进口(吸入)态风量Q 管路系统实际风压 实验风压HT (2) 确定风机的类型和型号 气体性质 实验风压范围 进口(吸入)态风量 实验风压HT QHTQHstQQN 类型型号四、离心鼓风机 又称透平鼓风机，结构和原理与多级离心泵类似，但叶轮级数多一些，转速也较高，固能产生更高的压强。五、离心压缩机 结构和原理与离心鼓风机的相似，只是离心压缩机的级数更多，可十级以上，一般要分段，段间设置中间冷却器，且叶轮逐级缩小。六、罗茨

6、鼓风机 结构如图，原理与齿轮泵相似。七、液环压缩机 结构如图，原理为：当叶轮旋转时，液体被抛向壳体，形成一层椭圆型的液环，在椭圆型长轴两端形成两个月牙型空间。当叶轮旋转一周时，月牙型空间的内的小室大小的变化使气体吸入或排出。八、真空泵 1水环真空泵 结构如图，原理与液环压缩机相似。 2喷射泵 结构如图，原理为动能转变为静压能。九、往复压缩机 1结构如图 2原理一、往复压缩机的工作过程：假设： 理想气体 无气阀阻力 无泄漏 1p2p(1) 理想压缩循环：活塞与气缸端盖之间没有空隙或没有余隙。a. 过程： 吸气压缩 排气 （如右图所示） 等温压缩，4123 绝热压缩，412/ 3 多变压缩，412

7、/ 3 循环功：式中 m多变指数。(2) 实际压缩循环：活塞与气缸端盖之间有空隙或有余隙。a. 过程：吸气压缩 余隙绝热膨胀 排气 （如右图所示） 4123 1 b. 循环功c. 余隙系数：余隙体积与活塞扫过体积之比，即 d. 容积系数：吸气体积与活塞扫过体积之比，即 1p2p4312 , 2 ,2 VpV1p2p4312pe. 0与的关系式中 m多变指数，1mk； k绝热指数。所以 当压缩比高到一定程度的时候，容积系数可能变为零。3性能参数(1) 排气量：单位时间内排出的气体体积换算成吸入状态的数值，Vmin，m3/min。a. 理想循环b. 实际循环(2) 轴功率与效率a. 有效功率（理论

8、功率）b. 效率 流动阻力 能量损失a 部件摩擦c. 轴功率4多级压缩(1) 流程(2) 采用多级压缩的理由a. 避免排出气体温度过高b. 减少功耗c. 提高气缸容积利用率d. 压缩机结构更合理3类型 单级 单动 双级 多级 双动 低压终压 9.807105Pa按压力 中压终压 =9.8071059.807106Pa 高压终压 =9.8071069.807107Pa 小型排气量 30m3/min 空气压缩机 氨气压缩机按被压缩的气体 氢气压缩机 天然气压缩机 氯气压缩机 立式 卧式按汽缸放置位置 L型 角式 V型 W型 6. 选择气体的性质种类 厂 房型式 生产任务排气量 工艺条件排气压力 类

9、型(2) 往复式压缩机往复式压缩机 结构和工作原理结构和工作原理 与往复泵相似 吸入和排出阀更加灵巧12340V2V1VP1P2 无余隙压缩循环56 无余隙压缩循环无余隙压缩循环21VVpdV压缩：22220VpVp ）（排气：1111)0(VpVp吸气：112221VpVppdVWVVs21ppsVdpWconstkVpVpii1121ppsdppkW121112lnlnppVpppkWs整个循环活塞对气体所作的功：等温压缩循环：等温压缩循环：12340V2V1VP1P2 无余隙压缩循环5612340V2V1VP1P2无余隙压缩循环256绝热压缩循环：绝热压缩循环：rrrpVVpVp2211

10、1111211rrsppVprrWrrppTT11212r 绝热指数出口温度：出口温度：1111211kksppVpkkWkkppTT11212k多变指数，1 r多变压缩循环：多变压缩循环：影响压缩所需轴功影响压缩所需轴功Ws和排气温度和排气温度 T2 的主要因素：的主要因素： （1）压缩比p1/p2愈大，Ws和T2也愈大； （2）压缩所需的轴功Ws与吸入气体量（V1一V4）成正比； （3）多变指数k愈大，则Ws和T2也愈大。 注意：注意：对于石油气压缩机用空气试车或用氮气置换石油气时，务须注意超负荷和超温的问题。 出口温度：出口温度：12340V2V1VP1P2P 有余隙压缩循环V4V3 有

11、余隙压缩循环有余隙压缩循环 余隙体积：V3余隙系数：余隙系数：313VVV新鲜气体：V1-V4容积系数：容积系数：31410VVVV010无余隙时：大、中型压缩机的低压气缸 8% 高压气缸12%12340V2V1VP1P2P 有余隙压缩循环V4V3111120kpp多变压缩过程：多变压缩过程：讨论：讨论：压缩比一定时,，0 一定，压缩机达到的最高压力是有限制的。 余隙系数一定， 0 0 =0， 压缩极限12pp12pp 主要性能参数主要性能参数(a）排气量）排气量(生产能力或吸气量生产能力或吸气量): 将压缩机在单位时间内排出的气体体积换算成吸入状态下的数值。无余隙时的理论吸气量：rFVsnA

12、qmin，单缸单动泵：rfFVsnAAq）（单缸双动泵：，2min实际吸气量实际吸气量 理论吸气量理论吸气量实际排气量：实际排气量：min,min,VdVqq由于泄露，实际排气量实际排气量 理论轴功率大理论轴功率大 多级压缩多级压缩三级压缩机流程图1级2级3级1234567891，4，7-气缸；2，5-中间冷却器；8-出口气体冷却器；3，6，9-油水分离器存在压缩极限；温度过高； 机械结构不合理。 一般地，压缩比 8时，应采用多级压缩. 原因：原因：增加气缸减小压缩比，减少余隙的影响；中间冷却器降低气体温度，降低压缩机功耗。（a）多级压缩与单级压缩所需轴功的比较）多级压缩与单级压缩所需轴功的比

13、较三级压缩所需外功常用的级数：2 6 级分三级绝热压缩所需的轴功分三级绝热压缩所需的轴功 一级绝热压缩所需轴功一级绝热压缩所需轴功（b） 多级压缩级间压力的确定多级压缩级间压力的确定若每级按无余隙循环可逆多变过程考虑，且各级气体入口温度相同，经推导得：nniniiiiiipppppppppp12) 1( ,2 ,3 ,1 ,2 ,11 ,1111211min,nkksppVpknkW最小轴功：最小轴功：说明：说明：每级压缩比相等，每级所需轴功也相等。此时，所需总功最小。 压缩机的分类和构造压缩机的分类和构造分类方法分类方法:（a） 吸、排气体方式：单动、复动（b） 压缩级数： 单级（压缩比28）； 两级（压缩比850）； 多级（压缩比1001000）。（c） 终压 ： 低压（10.133105Pa）； 中压（10.133101.33105Pa）； 高压（101.331013.3105Pa）。（d） 生产能力：小