容积式压缩机1公开课一等奖市优质课赛课获奖课件

过程流体机械二〇一四年十月山东科技大学机械电子工程学院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压缩机的总体结构往复压缩机的工作原理往复压缩机的特点一往复压缩机概述1.总体结构组成：气缸活塞（活塞环）进、排气阀连杆曲轴一往复压缩机概述组成：气缸，活塞（活塞环），进、排气阀，活塞杆（填料）十字头（销），连杆，曲轴一往复压缩机概述L型两级空气压缩机组成：气缸活塞（活塞环）进、排气阀活塞杆（填料）十字头曲轴连杆平衡重中间冷却器压缩机的一列压缩机的一列一往复压缩机概述V型两级空气压缩机组成：气缸活塞（活塞环）进、排气阀曲轴连杆中间冷却器压缩机的一列压缩机的一列一往复压缩机概述

工作腔部分：处理气体

气缸（缸盖）活塞组件（活塞环、活塞杆和填料密封）气阀（进气阀和排气阀）传动部分：驱动活塞往复运动

曲轴连杆十字头（销）机身部分：支撑气缸与传动部分辅助设备

润滑系统冷却系统（缸套、中间冷却器）管路系统等往复压缩机的基本结构组成：一往复压缩机概述

机身气缸体气缸盖气缸座一往复压缩机概述活塞与活塞杆相连与连杆相连一往复压缩机概述活塞环和活塞杆一往复压缩机概述气阀网状阀片环状阀片阀座阀片弹簧升程限制器一往复压缩机概述曲轴主轴颈连杆轴颈平衡重曲柺一往复压缩机概述连杆一往复压缩机概述连杆的连接一往复压缩机概述十字头及销

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螺纹连接、法兰连接等。填料密封（盘根密封）一往复压缩机概述一往复压缩机概述2.往复压缩机的工作原理一级（或一个循环）：进气压缩排气往复式压缩机——双作用式气缸一往复压缩机概述左气缸进气压缩(排气)右气缸压缩(排气)进气同级压缩往复式压缩机——级差式气缸一往复压缩机概述多级压缩一往复压缩机概述3.往复压缩机的特点

排气压力与流量的关系不大，工作稳定性较好；工作性能与气体性质关系不大，故适应性较强；容易达到较高的压力；热效率较高；结构较复杂，易损坏零件较多气体吸入和排出是间歇的，容易引起气柱及管道的振动。各类压缩机的适用范围二往复压缩机的工作过程

压缩机的理论循环压缩机的实际循环多级压缩压缩机的理论循环1.基本概念一级：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。进程：活塞向“外止点”运动时，称为进程。回程：活塞向“内止点”运动时，称为回程。行程：活塞从一个止点到另一个止点的距离称为行程“s”。外止点内止点

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；在排气过程终了时，被压缩气体全部排出汽缸；工作腔作为一个孤立体与外界无热交换；（等温或绝热过程）压缩气体为理想气体，其过程指数为定值；压缩和排气过程无气体泄漏。2.理论循环的特征压缩机的理论循环对工作循环做如下假设压缩机的理论循环外止点内止点41：进气过程12：压缩过程23：排气过程理论工作循环过程：4123压力指示图（示功图）3.理论工作循环过程进气状态：P1，V1排气状态：P2，V2压缩机的理论循环4.理论循环的指示功（1）理论进气量V1和行程容积VS指示功：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Wi（即示功图上封闭循环图的面积）绝热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：其中，K为绝热指数，即此时过程指数m=k其中，m为过程指数结论：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。“－”表示活塞对气体做功（即外界作功）此时，过程指数m=1

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（容积系数）排气阀余隙容积气缸盖进气阀活塞环气缸P2P1

余隙容积V0：排气压缩终了时，气缸中残留气体所占的压缩腔容积余隙容积包括：活塞与气缸的间隙容积；气阀片的通道容积；活塞顶部至第一活塞环间的容积

在进入下一个工作循环时，残留于余隙容积中的高压气体要先进行一个膨胀过程，从而影响了进气量气体流经进、排气阀和管道时必然有摩擦，由此产生压力损失；压缩机的实际循环1.实际循环的特点（压力系数）

进气时，气缸内压力P一般低于进气管道压力P1;

排气时，气缸内排气压力P高于排气管道压力P2;

气体与各接触壁间存在温差，导致不断有热量吸入和放出；压缩机的实际循环1.实际循环的特点（温度系数）

进气时，气体温度低于气缸壁，气体吸热;

压缩过程中，吸热压缩绝热压缩放热压缩排气时，气体温度高于气缸壁，气体放热。

气缸容积不可能绝对密封；

漏气：进、排气阀；活塞环与气缸壁间；填料密封

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。（泄漏系数）（影响气体压力产生脉动）

实际气体与理想气体存在差别；压缩机的实际循环1.实际循环的特点理想气体：实际气体：

特殊条件下使用压缩机，例如：

进气过程：压力明显降低;排气过程：压力明显升高。压缩机的实际循环cd：膨胀过程da：进气过程ab：压缩过程bc：排气过程2.实际工作循环过程实际循环的进气量VS2一定少于理论循环进气量VS压力P1下的实际进气量余隙容积压缩机的实际循环3.实际循环的进、排气量（1）容积系数λv——存在余隙容积V0其中：α＝V0/VS：相对余隙容积

ε＝p2/p1：名义压力比；

m：膨胀指数容积系数λv是小于1的系数，表征了余隙容积对气缸吸气能力的影响注意：i）气缸行程容积VS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。压缩机的实际循环（2）压力系数λp——进、排气阀有压力损失影响压力系数的主要因素：

吸气阀处于关闭状态时的弹簧力进气管道中的压力波动pa：进气结束时工作腔内的压力压力系数λp

（≤1）表示压力降低对进气量减小的影响程度（即导致吸气容积减小了ΔV2）。压力系数根据经验选取：气阀弹簧力设计正确时，第一级的压力系数一般取0.95~0.98；对弹簧力相对气体压力小很多的其他级，压力系数取0.98~1。压缩机的实际循环（3）温度系数λT——气体与工作腔壁有热交换

该级的压力比；气体的性质及气缸的冷却程度。影响温度系数的主要因素：温度系数可按照图2－12选取，一般在0.92~0.98Ta：进气结束时工作腔内气体的温度温度系数λT（＜1）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。

进气过程中气缸壁及活塞传给气体的热量；进气克服气阀摩擦力做功转化的热量。Ta大于T1的原因：压缩机的实际循环（4）泄漏系数λl——气缸并非绝对密封

有油润滑压缩机一般取0.90～0.98

无油润滑压缩机一般取0.85～0.95（5）实际循环进气量VS’和排气量Vd其中：，称为排气系数；也称容积效率，用ηV表示气缸的活塞环；气阀；填料密封主要的泄漏部位：其中：，称为吸气系数压缩机的实际循环4.实际循环指示功Wi其中：δs,δ0：进气相对压力损失和总的相对压力损失对理想气体对实际气体注：实际气体的指示功也可由P-V图直接近似计算。（查图2-14确定）1.多级压缩的定义

多级压缩是将气体的压缩过程分若干级进行，并在每级压缩之后导入中间冷却器进行冷却。P1P2多级压缩L型氮氢气压缩机多级压缩2.多级压缩的优缺点缺点：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。优点：

节省压缩气体的指示功；可以降低排气温度；

排气温度：可以提高容积系数λv

；可以降低活塞力。多级压缩实际单级压缩等温单级压缩3.级数的选择选择原则：

大、中型压缩机：以最省功为原则；小型压缩机：以每级允许的排气温度或结构紧凑为原则；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：往复压缩机级数与终压间的关系（表2-2）1234级数0.3～10.6～61.4～153.6～40终压MPa5～615～100780～150多级压缩最佳级数：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2－19）常压进气4.压力比的分配z：压缩机级数；pd

和ps为排气、进气压力；εt

为总压力比。注意：i）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（提高λv

）；

iii）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：

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）多级压缩三热力性能三热力性能1.吸、排气压力定义吸气压力——压缩机第一级吸入管道处的气体压力，ps；排气压力——压缩机末级排出接管处的气体压力，pd

。注意：压缩机铭牌上的排气压力指的是额定值；压缩机的实际吸、排气压力可以在较大允许范围内变化；注意区分压缩机的“排气压力”和“级间压力”；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（即“背压”）决定。三热力性能

压缩机的排气压力Pd由排气系统的压力P（也称背压）所决定。背压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：

多级压缩机级间压力变化也服从上述规律。首先是第一级开始建立背压，然后是其后的各级依次建立背压。压缩机的排气压力（背压）气量供需平衡，则Pd=P;

气量供过于求，则Pd

随P不断增加;气量供不应求，则Pd

随P逐渐下降。三热力性能压缩机的进、排气系统类型

（一）（二）（三）（四）P1

和P2

均为常数。P1

为常数，P2

非常数P1

非常数，P2

为常数P1

，P2均非常数。2.排气温度定义：压缩机的排气温度是指压缩机末级排出气体的温度，应在末级气缸排气法兰接管处测得。各级的排气温度应在相应级的排气管处测得。每一级的排气温度计算：注意：要了解限制排气温度的必要性：保证良好的润滑，避免“积炭”；考虑气体自身性质。可通过加强气缸的冷却、降低过程指数m或压力比ε，降低排气温度。注意区分“排气温度”和“压缩终了温度”。三热力性能压缩机的排气温度计算：三热力性能3.容积流量（排气量）定义

容积流量通常是指单位时间内压缩机最后一级排出的气体，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：计算容积流量时，对于实际气体要考虑其压缩性系数；折算容积流量时，要将中途分离出去的气体（水分等）体积加进去，而将中途添加进的气体体积扣除。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。压缩机铭牌上的容积流量指的是额定工况时的容积流量。三热力性能容积流量的计算公式1其中，qvd：末级排出的气体量，m3/min；

下标s1

：第1级进口状态下的参数；下标d：末级状态下的参数；

Z：压缩性系数，对理想气体值为1；

qvφ：分离的水分换算到第1级进口状态的容积流量，m3/min；

qvc：中途除掉的气体换算到第1级进口状态的容积流量，m3/min；若为加入的气体，则取负值。

：一级进口相对湿度；

PSa1：进气温度下的水蒸气的饱和蒸汽压。或者三热力性能容积流量的计算公式2（理论计算）其中，VS1：第一级气缸的行程容积，m3；：第一级气缸的容积系数；：第一级气缸的压力系数；

：第一级气缸的温度系数；：第一级气缸的泄漏系数；

ηv1

：第一级的容积效率

n：压缩机的转速，r/min。或4.各级工作容积的确定其中，qv：压缩机的容积流量，m3/min；

ηv1

：第一级的容积效率；n：压缩机转速，r/min第一级的工作容积为：任意i级的工作容积为：其中，下标1和i分别表示压缩机的第1级和第i级；

λc：任意i级前