容积式压缩机市公开课特等奖市赛课微课一等奖课件

4容积式压缩机*容积式压缩机经过改变工作腔容积来提升压力压缩机。包含往复式和回转式两种。*特点

①

出口压力与流量改变关系不大，工作稳定性很好。

②压缩机对气体适应性强，且轻易到达较高压力。

③

级效率较高。级理论循环指示功

/实际指示功

④

结构较复杂，气体吸入与排出含有间歇性。4.1往复压缩机工作原理4.1.1组成部分第1页*工作腔：气阀、气缸、活塞等。*传动部分：曲轴、连杆、十字头、活塞杆等。*机身部分*辅助设备：油路、水路、调整系统。第2页4.1.2级压缩过程与压缩功4.1.2.1压缩机级理论循环*理论循环特征（假设）①气体经过进、排气阀无压力损失，且进、排气压力保持恒定；②

无余隙容积；③工作腔与外界无热交换；④气体压缩过程指数为定值；⑤气体无泄漏。*理论工作循环

进气过程：气缸压力=进气管道中压力，且为定值。

压缩过程：过程指数

为定值。

排气过程：气缸压力=排气管道中压力，且为定值。第3页*理论循环进气量*理论循环指示功循环所消耗外功。设气体

对

活塞作功为正，

活塞

对

气体作功为负。

进气过程功：排出过程功：压缩过程功：总指示功Wi：第4页*理想气体绝热压缩过程：

绝热压缩理论循环指示功：*过程指数m

对压缩机耗功和热量影响

△耗功：m↑，压缩机耗功↑第5页

△热量传递：阴影部分为压缩过程热量交换

吸热为负，放热为正。第6页4.1.2.2级实际循环*实际循环与理论循环差异①余隙容积V0

△

气缸盖端面

—

活塞端面；

△

气缸

—进、排气阀通道；

△

活塞

—

气缸径向间隙在第1道活塞环

之前。第7页②气流流经进、排气阀和管道时摩擦损失（压力损失）

△进气过程中：

气缸压力＜进气管道

中名义进气压力p1

实际进气过程始点：d点非4点

△排气过程中：

排气压力＞排气管道中名义排气压力p2

实际排气过程始点：b点非2点第8页③循环过程中热量传递

吸入

过程—气体被加热

排出

过程—气体放热

压缩

过程—

吸热（开始）

→

绝热

→

放热

膨胀过程—

放热→绝热→吸热第9页④密封

密封部位：△气阀

—

气缸与进、排气系统之间

△活塞环

—

活塞

与

气缸之间

△

填料

—

活塞杆经过气缸部分（Fig.2-1⑨）

高压区→低压区泄漏

→

压缩和膨胀过程较平坦。第10页⑤进、排气系统相对较小容积→进气时压力↓，排气时压力↑普通与②摩擦项

合算。（Fig.2-21

atpage26）⑥实际气体与理想气体差异

状态方程：

Z—

压缩性系数，

与气体性质、压力、温度相关。

过程方程：第11页*实际循环进气量①行程容积Vh：

理论循环

中，活塞每个行程所吸进气量。压力与温度仍为原始气体压力p1和温度T1。

实际循环

中，活塞每个行程实际吸进气量，若折合成

原始压力和温度（p1、T1）＜

行程容积Vh。第12页②实际循环吸气量Vs0（考虑泄漏量）：第13页△

进气系数：实际吸进容积（不考虑泄漏）Vs/行程容积Vh

容积系数：

压力系数：

温度系数：p2p1第14页△容积系数：余隙容积

中高压气体膨胀，占去了活塞一部分行

λV

程，使吸进气体降低了ΔV1；（Fig.2-9atp17）

p2p1第15页

膨胀过程方程：由此可得：代入得：

其中，α—

相对余隙容积，大小取决于气阀

在气缸上布置方式。低压级0.07～0.12，中压级0.09～0.14，高压级0.11～0.16。p2p1第16页ε—名义压力比，p2/p1，单级普通3～4；

n—膨胀指数；大小取决于气体性质，以及膨胀过程

传给气体热量

：传给热量多，膨胀指数小，膨胀过程趋于等温过程；传给热量少，膨胀指数大，膨胀过程趋于绝热过程。（可依据对应经验公式计算）

注：通常，膨胀指数

＜

压缩指数：①相对传热面积大

膨胀过程

中气体容积

/包围这部分气体气缸表面积之比

＜

压缩过程

中气体容积

/

所包围气缸表面积之比

②温差大气缸靠近缸盖部位及活塞表面

温度都较高，所以温差对膨胀过程来说也要大些。故膨胀过程传给气体热量可能要比压缩过程传出热量多。第17页对于实际气体：

Z-膨胀/压缩终了压缩性系数第18页△压力系数：进气阻力和阀腔中压力脉动→pa＜p1，λp将压力为pa

吸气量折合为

p1

进气量。

影响原因：进气阀

关闭时弹簧力；

进气导管

中压力波动。

进气阀关闭时弹簧力：气阀弹簧力设计正确，进气压力靠近大

气压时，第一级λp=0.95～0.98，其余各级λp=0.9８～1.0。

进气导管中压力波动：决定于进气终了时进入气缸气流压力波

相位和波幅大小：

波峰，增压，pa＞p1；反之pa＜p1。p1第19页△温度系数：大小取决于进气过程中加给

气体热量。λT

热量有两个起源：

其一:进气过程中，自通道、缸壁和活塞传给热量，与壁面和气体温差、活塞平均速度、气体密度

相关；

壁面温度主要取决于：压力比、气缸冷却、气阀结构。

其二:为进气过程中因为压力损失

所消耗功，也变成热量加给气体。（Fig.名义进气压力线与进气压力线所围面积）普通情况下，λT=0.90～0.98

△泄漏系数：普通有油润滑压缩机λl=0.90～0.98；

无油润滑压缩机λl=0.85～0.95。第20页4.1.2.3压缩机级循环指示功

*实际循环指示功：

假设：进、排气过程压力采取平均值；

压缩与膨胀过程指数

用定值表示且相等。

其中：

δs—进气相对压力损失

δ0—

进、排气过程中

总相对压力损失第21页δd—排气相对压力损失ε—名义压力比

m—压缩过程指数

低压级：m=（0.95～0.99）k

中、高压级：m=k

气缸冷却良好，m值较小。第22页4.1.3多级压缩（中间冷却）4.1.3.1多级压缩理由①节约压缩气体指示功（Fig.）

节约功根本原因为中间冷却。第23页②降低排气温度

排气温度往往是限制压缩机压力比提升主要原因。润滑油粘性、积炭、腐蚀、爆炸。③提升容积系数多级压缩→每级ε↓→余隙容积

中气体膨胀所占容积↓→气缸实际吸气量↑④降低活塞力多级压缩每级

容积（Fig.）因冷却而逐步↓

→

行程相同时，活塞面积↓

→活塞所受气体力↓

→

每级

运动机构重量

↓，机器效率↑第24页4.1.3.2级数选择*级数对性能影响

级数↑→

循环指示功↓；

机器重量↑；

摩擦、流动损失↑。*

大、中型压缩机级数选择：普通以最省功为标准。

小型移动压缩机：重量

为主要矛盾，

级数多取决于每级允许排气温度。

*往复式压缩机级数与终压间关系：Table2-2atpage24第25页4.1.3.3压力比分配最省功标准：多级（z级）压缩机，中间冷却完善（即级间温度

Tx=T1），消耗功最省条件为各级压力比相等，且等于总压力比开z次方。（推导过程略）

理想气体时，各级压力比相等即各级消耗功相等。

4.1.3.4各级工作容积确实定（略）

第26页4.1.4气阀（自学）4.1.4.1气阀结构4.1.4.2气阀工作原理4.1.5往复压缩机密封（自学）4.1.5.1活塞环4.1.5.2填料密封4.1.5.3密封件材料4.1.6辅助设备（自学）4.1.6.1润滑及润滑设备

①润滑方式：飞溅润滑、喷雾润滑、压力润滑。

②润滑油选择4.1.6.2冷却系统

①风冷系统②水冷系统4.1.6.3管路系统第27页4.2热力性能、动力性能、调整与控制4.2.1容积式压缩机主要热力性能指标与结构参数4.2.1.1吸气压力和排气压力

第一级

吸入管道处和末级

排出接管处气体压力。（吸、排气压力可在很大范围内

调整）4.2.1.2容积流量和供气量*容积流量：单位时间内压缩机最终一级

排出

气体，换算到

第一级

进口状态压力

和温度

时气体容积值。*额定容积流量：特定进口状态时容积流量。第28页注：

△

压力改变范围较大时应考虑气体可压缩性。

△被压缩气体含有水蒸气

时，

气体压力↑→水蒸气分压↑；若冷却，且水蒸气分压＞冷却后气体温度所对应饱和蒸汽压

→水蒸气从气体中凝结析出。（计算容积流量时应加上析出液体和气体，减去加入气体）*供气量或标准容积流量：容积流量折算到标准状态（1atm，0℃或15℃）时干气容积值。第29页4.2.1.3排气温度压缩机末级排出气体温度。4.2.1.4功率和效率*功与功率指示功Ni：直接用于压缩气体功。

摩擦功：用于克服机械摩擦功。

轴功Nz：主轴需要总功，指示功+摩擦功。

比功率：单位容积流量

所消耗功。常作为经济性评价指标（同类型压缩机比较，应在

排气压力

相同，冷却工况相同

条件下进行。）*效率△机械效率ηm：指示功率/轴功率中、大型压缩机ηm：0.90～0.96；小型压缩机ηm：0.85～0.92；微型压缩机ηm：0.82～0.90。第30页注：往复活塞式压缩机分类：按排气压力鼓风机、低压压缩机（1MPa）、中压压缩机（10MPa）、高压压缩机（100MPa）、超高压压缩机（＞100MPa）（离心式压缩机：通风机＜15kPa；

15kPa＜鼓风机＜340kPa；压气机＞340kPa）按排气量范围（m3/min，按进气状态计）微型压缩机：＜1小型压缩机：1～10中型压缩机：10～60大型压缩机：＞60按气缸排列方式（Fig.2-47atpage52）立式、卧式、对动式、对置式、角度式。按级数单级、两级、多级。按气缸容积利用方式单作用式、双作用式、级差式（Fig.2-28atpage36）。第31页△等温效率（普通指等温轴效率）等温

指示效率ηi-is：按照第一级进口温度，等温压缩到排气压力时理论等温循环指示功/实际

循环指示功等温

轴效率（全等温效率）ηis：理论等温循环指示功率/实际循环轴功率。通常压缩机ηis＝0.60～0.75（上限普通指中、大型压缩机，下限指高速小型压缩机）△绝热效率（普通指绝热轴效率）绝热轴效率：理论绝热循环指示功

/实际循环轴功率大型压缩机ηad：0.80～0.85；中型压缩机ηad：0.70～0.80；小型压缩机ηad：0.65～0.70。注：实际

压缩机压缩过程趋于绝热

过程。多级压缩级数不一样时，不能直接反应功率消耗指标先进是否。第32页4.2.1.5活塞平均速度

活塞速度：随曲轴转角而改变。

活塞平均速度：

对压缩机性能影响：①对压缩机摩擦副耐久性影响。

②

对气阀布置影响。4.2.1.６转速转速选择与流量、压缩机重量和尺寸，以及机器耐久性和

经济性

相关。4.2.1.７行程4.2.1.８气缸直径4.2.2动力性能（略）第33页4.2.3容积式压缩机调整方式及其控制4.2.3.1气量调整方式依据耗气量改变，调整容积流量。△调整要求：

①

连续

调整、分级调整、间断调整。

②调整工况经济性好（耗功小）。

③调整系统简单、安全可靠、操作维修方便。△理论基础：经过调整转速和各系数

→改变流量。

第34页①转速调整优点：实现连续

气量调整；调整工况比功率

消耗小；压缩机各级压力比

保持不变；无需设置专门调整机构。缺点：受原动机调整范围

限制；

低转速

气阀工作不正常。第35页②管路调整a.进气节流△进气管阻力↑→

λp↓→

气量↓△调整结构简单，用于小范围调整

（80%～100%），或偶然调整。p1第36页b.切断进气

△关闭进气管，压缩机为空运行（间断调整）（Fig.2-65）。

△

结构简单；适合用于中、小压缩机。

注：△

切断进气后→ε↑→排气温度

会出现短暂↑；△

进气压力↓→作用在活塞上

压力差↑→

起动困难。第37页c.进、排气管连通

排气管经由旁通管路和旁通阀门与进气管相连接。分为节流连通和自由连通。△节流连通依据需要气量节流阀

开至适当程度→部分气体

经旁通回入进气管。适合用于偶然调整或小幅度调整。优点：结构简单，连续调整；调整紧急性好。缺点：调整经济性差（属于高压气体节流，压缩机功耗无降低）。第38页△自由连通旁通阀全开

→高压气体自由流入进气管路（仅克服旁通管和旁通阀阻力）惯用于大型

高压

压缩机起动释荷。优点：调整结构简单；调整紧急性好；调整经济好。缺点：间断调整；

逆止阀↑阻力损失。（为预防管系中原有高压气体倒流入进气管，应在旁通管路之后排气管段

设置逆止阀）第39页③压开进气阀调整（Fig.2-66atp59）

压开装置，进气阀

强制压开，使进气阀全部

或部分

丧失正常工作能力，进气阀片不能自动

关闭，使吸进气体，在压缩

和排气

行程中仍回入进气管，到达调整气量目标。第40页a.全行程压开进气阀（Fig.2-67atpage60）

全部行程

中，气阀一直处于强制压开状态，吸进气体将全部自进气阀

回出，容积流量=0。

间断调整；调整经济性好（空运行状态）。b.部分行程压开进气阀

（Fig.2-68atpage60）

进气行程结束时，进气阀强制顶开；

进入压缩行程后

气体从气缸中回入进气管；到一定时候

强制作用取消，进气阀关闭，在剩下行程中气体受

到压缩

并排出。可实现连续调整；适合用于转速较低压缩机。第41页④连通补助容积（Fig.2-70，2-70

atpage61）气缸上设置补助容积，调整时接入气缸工作腔→

余隙容积↑

→

容积系数λV↓→

容积流量↓。

补助容积接入方式能够是连续、分级、间断

。4.2.3.2调整系统4.3容积式压缩机可靠性（略）第42页4.4回转式压缩机*回转式压缩机特点（与往复式压缩机比较）：

优点：

结构简单，易损件少，操作轻易；运动件动力平衡性能好，机器转速高，机组尺寸小，重量轻；进、排气间歇小，压力脉动小。

缺点：

运动件密封

比较困难

→极难到达很高终了压力；

泄漏

→热效率＜往复式压缩机。第43页4.4.1螺杆压缩机普通分为双、单螺杆压缩机两种。*单螺杆压缩机：（Fig.2-101atpage89）*双螺杆压缩机：（Fig.2-100atpage88）利用阳、阴螺杆共轭齿型相互填塞，使封闭在壳体与两端盖间齿槽容积大小发生周期改变，并借助于壳体对角线位置上吸、排气孔口，完成对气体吸入、压缩与排出。

容积流量范围：2～500m3/min

终了压力：普通＜1.2MPa，个别场所可达4.5MPa。第44页4.4.1螺杆压缩机普通分为双、单螺杆压缩机两种。*单螺杆压缩机：（Fig.2-101atpage