化工机械与设备之往复式压缩机
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2
前言
压缩机按结构型式不同，分类如下：
速度型
轴流式 离心式
压缩机
容积型
混流式 回转式 往复式
滑片式 螺杆式 转子式 膜式
活塞式
3
1.工作原理
往复式压缩机通过曲轴连杆机构将曲轴旋转运动转化为活塞往复运 动。
当曲轴旋转时，通过连杆的传动，驱动活塞便做往复运动，由气缸 内壁、气缸盖和活塞顶面所构成的工作容积则会发生周期性变化。曲轴 旋转一周，活塞往复一次，气缸内相继实现进气、压缩、排气的过程， 即完成一个工作循环。
1、2级级间冷却
1级
volume
1级压缩曲线
V
21
2.6 多级压缩的理由/优势
2. 可以降低排气温度 通过多级压缩中间冷却后降低了气体的进气温度，压缩过程接近等 温压缩，可以显著降低排气温度。
排气温度过高，会使润滑油粘度降低，性能恶化或形成积炭现象； 使气阀的工作寿命下降。对某些特种气体压缩机，排气温度过高还会引 发腐蚀或爆炸。
采用多级压缩可以节省功的主要原因是进行中间冷却。如果没有中 间冷却，第一级排出的气体容积不是因冷却而由V2减至V2’，而仍然以 V2的容积进行二级压缩，则所消耗的功与单级压缩相同。
20
2.5 多级压缩
p
单级压缩——压比很大
pressure
2级压缩曲线
22n级d stage
通过中间冷却节省的压缩功
减去 级间冷却器产生的损耗
压缩机工作过程中活塞环、填料、气阀不可避免存在泄露，每个循 环的排气量总小于实际吸气量。压缩机的进气阻力过大，会造成压缩机 排气量减少。余隙容积过大会降低排气量，使指示功图面积变小。
11
1.2.1 实际过程与理论过程的区别
由于余隙容积的存在，实际工作循环由膨胀、吸气、压缩、排气四 个过程组成，而理论循环无膨胀过程。
26
3.1 机体
机体包括机身、机座、曲轴箱等部件。机体一般采用高强度灰铸铁 （HT20-40）铸成一个整体，是支承气缸套、曲轴连杆机构及其它所有零 部件重量并保证各零部件之间具有正确的相对位置的本体。
27
3.1 机体的作用
用来连接气缸和安装运动机构，并用作支承座。 承受机器本身的全部或部分重量。 作为传动机构的定位和导向部分。如曲轴支承在机体的主轴承上， 十字头以机体滑道导向。 承受压缩机工作时气体压力及转动部件的惯性力。 连接某些辅助部件，如润滑油系统、盘车系统、冷却系统等。
5.26.20215.26.202108:3008:3008:30:5708:30:57 5、You have to believe in yourself. That's the secret of success. ----Charles Chaplin人必须相信自己，这是成功的秘诀。-Wednesday, May 26, 2021May 21Wednesday, May 26, 20215/26/2021
24
Quantity
2.7 气量调节方式
• 卸荷器调节
Compressor delivery pressure
• 旁通调节
• 余隙腔调节
• 变转速调节 M
3.6.4
25
3 结构
压缩机主要由机体、曲轴、连杆、活塞组、阀门、轴封、油泵、能 量调节装置、润滑油系统、进出口缓冲罐/气液分离器等部件组成。
14
2.2 排气温度
排气温度是指压缩机末级排出气体的温度，它应在末级气缸排出管 处测得。多级压缩机末级之前各级的排气温度称为该级的排气温度，在 相应级的排气接管处测得。
排气温度可以计算校核，T2＝T1(P2/P1)n-1/n 排气温度应进行监控： 排气温度过高会造成润滑油润滑性能下降，轻质油挥发污染气体， 润滑油积碳堵塞阀槽，活塞环软化或加速磨损，非金属阀片融化等。
星期三 3、Patience is bitter, but its fruit is sweet. (Jean Jacques Rousseau , French thinker)忍耐是痛苦的，但它的果实是甜蜜的。08:305.26.202108:305.26.202108:3008:30:575.26.202108:305.26.2021 4、All that you do, do with your might; things done by halves are never done right. ----R.H. Stoddard, American poet做一切事都应尽力而为，半途而废永远不行
4
1.1 理论工作循环
为了更好地理解活塞压缩机的工作原理，这里重点介绍理论工作循 环。假定压缩机没有余隙容积，没有吸、排气阻力，没有热量交换，则 压缩机工作时，汽缸内的压力和容积的关系如下图所示。压缩机的理论 工作过程可以简化成下图示的三个热力过程。
5
1.1 理论工作循环
吸气—活塞自0点移至1点，吸气阀打开， 气体在P1压力下进入气缸。
压缩—活塞自1点移至2点，吸排气阀均关 闭，此过程为多变压缩过程，气缸内的气体压 力升至P2。
排气—活塞从2点移至3点，压力为P2的气 体等压排出气缸。
过程0-1-2-3-0构成了压缩机的理论工作循 环，压缩机完成一个理论循环所消耗的功即为 图中0-1-2-3-0所代表的面积。
6
1.1 理论工作循环
1st stage
Q 2nd stage
3 bar 1 bar
8 bar 3 bar
19
2.6 多级压缩的理由/优势
1. 可以节省压缩气体的指示功， 下图为两级压缩与单级压缩所耗功之比。当第一级压缩达到压力P2
后，将气体引入中间冷却器中冷却，使气体冷却到原始温度T1.因此使排 出的气体容积由V2减至V2’，然后进入第二级压缩到最终压力。这样， 从图中可以看出，实行两级压缩后，与一级压缩相比节省了图中绿色区 域的功。
1、Genius only means hard-working all one's life. (Mendeleyer, Russian Chemist) 天才只意味着终身不懈的努力。21.5.265.26.202108:3008:30:57May-2108:30 2、Our destiny offers not only the cup of despair, but the chalice of opportunity. (Richard Nixon, American President )命运给予我们的不是失望之酒，而是机会之杯。二〇二一年五月二十六日2021年5月26日
8
1.2 实际工作循环
压缩机中最常见的压缩过程为等温、绝热及多变过程。在同一压缩 范围内，等温压缩耗功最小，绝热过程耗功最大，多变压缩介于两者之 间。
实际上，由于受冷却速度的限制以及和外界的热量交换，不可能实 现等温过程和绝热过程，一般都为多变压缩过程。
9
1.2 实际工作循环
10
1.2 实际工作循环
000绪论
《化工机械与设备》
往复式压缩机
1
前言
压缩机是输送气体并提高气体压力能的机器。在石油化工厂中，压 缩机主要压缩原料气、空气或中间过程的介质气体，以满足石油化工生 产工艺的需要。压缩机按其工作原理可分为速度型和容积型两种。 速度型压缩机靠气体在高速旋转的叶轮的作用下，得到巨大的动能 ，随后在扩压器中急剧降低，使气体的动能转变为势能，也就是压力能 。 容积型压缩机靠在气缸内作往复或回转运动的活塞，使容积缩小而 提高气体压力。
压缩机在压缩气体的过程中，温度会逐步升高，是个多变的过程。 实际压缩循环比理论压缩循环多了一个热膨胀的过程。随着热膨胀的逐 步增加压力升高，温度也升高，功耗随之加大。所以，在理论上等温压 缩循环的功耗最小。
7
9、要学生 做的事 ，教职 员躬亲 共做； 要学生 学的知 识，教 职员躬 亲共学 ；要学 生守的 规则， 教职员 躬亲共 守。21 .6.232 1.6.23 Wednes day, J une 23 , 2021 10、阅读 一切好 书如同 和过去 最杰出 的人谈 话。10: 55:071 0:55:0 710:55 6/23/2 021 10 :55:07 AM 11、一个 好的教 师，是 一个懂 得心理 学和教 育学的 人。21. 6.2310 :55:07 10:55J un-212 3-Jun- 21 12、要记 住，你 不仅是 教课的 教师， 也是学 生的教 育者， 生活的 导师和 道德的 引路人 。10:55 :0710: 55:071 0:55We dnesda y, Jun e 23, 2021 13、He wh o seiz e the right moment , is t he rig ht man .谁把 握机遇 ，谁就 心想事 成。21. 6.2321 .6.231 0:55:0 710:55 :07Jun e 23, 2021 14、谁要 是自己 还没有 发展培 养和教 育好， 他就不 能发展 培养和 教育别 人。202 1年6月 23日星 期三上 午10时 55分7 秒10:55 :0721. 6.23 15、一年 之计， 莫如树 谷；十 年之计 ，莫如 树木； 终身之 计，莫 如树人 。2021 年6月上 午10时 55分21 .6.231 0:55Ju ne 23, 2021 16、提出 一个问 题往往 比解决 一个更 重要。 因为解 决问题 也许仅 是一个 数学上 或实验 上的技 能而已 ，而提 出新的 问题， 却需要 有创造 性的想 像力， 而且标 志着科 学的真 正进步 。2021 年6月23 日星期 三10时 55分7 秒10:55 :0723 June 2 021 17、儿童 是中心 ，教育 的措施 便围绕 他们而 组织起 来。上 午10时5 5分7秒 上午10 时55分 10:55: 0721.6 .23
实际吸、排气过程中存在阻力损失，使实际气缸内吸气压力小于吸 入管路内气压、实际气缸内排气压力高于排出管路内气压；吸、排气过 程中有压力波动、温度变化。
在膨胀和压缩过程中，因为气体与气缸壁之间存在热交换，使得压 缩过程指数与膨胀过程指数不断变化，并非常数。
12
2. 性能参数
往复式压缩机的性能参数主要包括： 排气压力 排气温度 排气量 功率和效率
22
2.6 多级压缩的理由/优势
3. 提高容积系数 随着压力比的上升，余隙容积中的气体膨胀所占的容积增加，气缸 实际吸气量减少。采用多级压缩，压力比下降，因而容积系数增加。
23
2.6 多级压缩的理由/优势
4. 降低活塞力 多级压缩由于每级容积因冷却而逐渐减少，当行程相同时，活塞面 积减少，故能降低活塞上所受的气体力，因此使运动机构重量减轻，机 器效率提高。
对于实际气体，若是在高压下测得的气体容积，则换算时要考虑到 气体可压缩性的影响。
16
2.4 供气量
往复压缩机排气量随压缩机的进口状态而变，它不反映压缩机所排 气体的物质数量。化工工艺中使用的压缩机，由于工艺计算的需要，需 将容积流量则算到标准状态（1.013x105MPa，0℃）时的干气容积值，此 值称为供气量或者标准容积流量。
13
2.1 吸气/排气压力
往复压缩机的吸气和排气压力分别指第一级吸入管道处和末级排出 接管处的气体压力，因为压缩机采用的是自动阀，气缸内的压力取决于 进、排气系统中的压力，即由“背压”决定。所以吸、排气压力是可以 改变的。
压缩机铭牌上的吸、排气压力是指额定值，实际上只要机器强度、 排气温度、电机功率和气阀工作许可，他们是可以在很大范围内变化的 。
15
2.3 容积流量
往复压缩机的容积流量是指在单位时间内经压缩机压缩后在压缩机 最后一级排出的气体，换算到第一级进口状态的压力和温度时的气体容 积值，单位是M3/min或M3/h。
压缩机的额定容积流量，即在压缩机铭牌上标注的容积流量是指在 特定的进口状态下（进口压力0.1MPa，温度20℃）时的容积流量。
17
2.5 功率和效率
压缩机消耗的功，一部分直接用于压缩气体，另一部分是用于克服 机械摩擦。前者称为指示功，后者称为摩擦功，二者之和为主轴所需的 总功，称为轴功。
单位时间所消耗的功称为功率。 指示功率与总功率的比值即为压缩机的效率。
18
2.6 多级压缩
所谓多级压缩是将气体的压缩过程分在若干级中进行，并在每级压 缩后将气体导入中间冷却器进行冷却。如图所示
前言
压缩机按结构型式不同，分类如下：
速度型
轴流式 离心式
压缩机
容积型
混流式 回转式 往复式
滑片式 螺杆式 转子式 膜式
活塞式
3
1.工作原理
往复式压缩机通过曲轴连杆机构将曲轴旋转运动转化为活塞往复运 动。
当曲轴旋转时，通过连杆的传动，驱动活塞便做往复运动，由气缸 内壁、气缸盖和活塞顶面所构成的工作容积则会发生周期性变化。曲轴 旋转一周，活塞往复一次，气缸内相继实现进气、压缩、排气的过程， 即完成一个工作循环。
1、2级级间冷却
1级
volume
1级压缩曲线
V
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2.6 多级压缩的理由/优势
2. 可以降低排气温度 通过多级压缩中间冷却后降低了气体的进气温度，压缩过程接近等 温压缩，可以显著降低排气温度。
排气温度过高，会使润滑油粘度降低，性能恶化或形成积炭现象； 使气阀的工作寿命下降。对某些特种气体压缩机，排气温度过高还会引 发腐蚀或爆炸。
采用多级压缩可以节省功的主要原因是进行中间冷却。如果没有中 间冷却，第一级排出的气体容积不是因冷却而由V2减至V2’，而仍然以 V2的容积进行二级压缩，则所消耗的功与单级压缩相同。
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2.5 多级压缩
p
单级压缩——压比很大
pressure
2级压缩曲线
22n级d stage
通过中间冷却节省的压缩功
减去 级间冷却器产生的损耗
压缩机工作过程中活塞环、填料、气阀不可避免存在泄露，每个循 环的排气量总小于实际吸气量。压缩机的进气阻力过大，会造成压缩机 排气量减少。余隙容积过大会降低排气量，使指示功图面积变小。
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1.2.1 实际过程与理论过程的区别
由于余隙容积的存在，实际工作循环由膨胀、吸气、压缩、排气四 个过程组成，而理论循环无膨胀过程。
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3.1 机体
机体包括机身、机座、曲轴箱等部件。机体一般采用高强度灰铸铁 （HT20-40）铸成一个整体，是支承气缸套、曲轴连杆机构及其它所有零 部件重量并保证各零部件之间具有正确的相对位置的本体。
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3.1 机体的作用
用来连接气缸和安装运动机构，并用作支承座。 承受机器本身的全部或部分重量。 作为传动机构的定位和导向部分。如曲轴支承在机体的主轴承上， 十字头以机体滑道导向。 承受压缩机工作时气体压力及转动部件的惯性力。 连接某些辅助部件，如润滑油系统、盘车系统、冷却系统等。
5.26.20215.26.202108:3008:3008:30:5708:30:57 5、You have to believe in yourself. That's the secret of success. ----Charles Chaplin人必须相信自己，这是成功的秘诀。-Wednesday, May 26, 2021May 21Wednesday, May 26, 20215/26/2021
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Quantity
2.7 气量调节方式
• 卸荷器调节
Compressor delivery pressure
• 旁通调节
• 余隙腔调节
• 变转速调节 M
3.6.4
25
3 结构
压缩机主要由机体、曲轴、连杆、活塞组、阀门、轴封、油泵、能 量调节装置、润滑油系统、进出口缓冲罐/气液分离器等部件组成。
14
2.2 排气温度
排气温度是指压缩机末级排出气体的温度，它应在末级气缸排出管 处测得。多级压缩机末级之前各级的排气温度称为该级的排气温度，在 相应级的排气接管处测得。
排气温度可以计算校核，T2＝T1(P2/P1)n-1/n 排气温度应进行监控： 排气温度过高会造成润滑油润滑性能下降，轻质油挥发污染气体， 润滑油积碳堵塞阀槽，活塞环软化或加速磨损，非金属阀片融化等。
星期三 3、Patience is bitter, but its fruit is sweet. (Jean Jacques Rousseau , French thinker)忍耐是痛苦的，但它的果实是甜蜜的。08:305.26.202108:305.26.202108:3008:30:575.26.202108:305.26.2021 4、All that you do, do with your might; things done by halves are never done right. ----R.H. Stoddard, American poet做一切事都应尽力而为，半途而废永远不行
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1.1 理论工作循环
为了更好地理解活塞压缩机的工作原理，这里重点介绍理论工作循 环。假定压缩机没有余隙容积，没有吸、排气阻力，没有热量交换，则 压缩机工作时，汽缸内的压力和容积的关系如下图所示。压缩机的理论 工作过程可以简化成下图示的三个热力过程。
5
1.1 理论工作循环
吸气—活塞自0点移至1点，吸气阀打开， 气体在P1压力下进入气缸。
压缩—活塞自1点移至2点，吸排气阀均关 闭，此过程为多变压缩过程，气缸内的气体压 力升至P2。
排气—活塞从2点移至3点，压力为P2的气 体等压排出气缸。
过程0-1-2-3-0构成了压缩机的理论工作循 环，压缩机完成一个理论循环所消耗的功即为 图中0-1-2-3-0所代表的面积。
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1.1 理论工作循环
1st stage
Q 2nd stage
3 bar 1 bar
8 bar 3 bar
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2.6 多级压缩的理由/优势
1. 可以节省压缩气体的指示功， 下图为两级压缩与单级压缩所耗功之比。当第一级压缩达到压力P2
后，将气体引入中间冷却器中冷却，使气体冷却到原始温度T1.因此使排 出的气体容积由V2减至V2’，然后进入第二级压缩到最终压力。这样， 从图中可以看出，实行两级压缩后，与一级压缩相比节省了图中绿色区 域的功。
1、Genius only means hard-working all one's life. (Mendeleyer, Russian Chemist) 天才只意味着终身不懈的努力。21.5.265.26.202108:3008:30:57May-2108:30 2、Our destiny offers not only the cup of despair, but the chalice of opportunity. (Richard Nixon, American President )命运给予我们的不是失望之酒，而是机会之杯。二〇二一年五月二十六日2021年5月26日
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1.2 实际工作循环
压缩机中最常见的压缩过程为等温、绝热及多变过程。在同一压缩 范围内，等温压缩耗功最小，绝热过程耗功最大，多变压缩介于两者之 间。
实际上，由于受冷却速度的限制以及和外界的热量交换，不可能实 现等温过程和绝热过程，一般都为多变压缩过程。
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1.2 实际工作循环
10
1.2 实际工作循环
000绪论
《化工机械与设备》
往复式压缩机
1
前言
压缩机是输送气体并提高气体压力能的机器。在石油化工厂中，压 缩机主要压缩原料气、空气或中间过程的介质气体，以满足石油化工生 产工艺的需要。压缩机按其工作原理可分为速度型和容积型两种。 速度型压缩机靠气体在高速旋转的叶轮的作用下，得到巨大的动能 ，随后在扩压器中急剧降低，使气体的动能转变为势能，也就是压力能 。 容积型压缩机靠在气缸内作往复或回转运动的活塞，使容积缩小而 提高气体压力。
压缩机在压缩气体的过程中，温度会逐步升高，是个多变的过程。 实际压缩循环比理论压缩循环多了一个热膨胀的过程。随着热膨胀的逐 步增加压力升高，温度也升高，功耗随之加大。所以，在理论上等温压 缩循环的功耗最小。
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9、要学生 做的事 ，教职 员躬亲 共做； 要学生 学的知 识，教 职员躬 亲共学 ；要学 生守的 规则， 教职员 躬亲共 守。21 .6.232 1.6.23 Wednes day, J une 23 , 2021 10、阅读 一切好 书如同 和过去 最杰出 的人谈 话。10: 55:071 0:55:0 710:55 6/23/2 021 10 :55:07 AM 11、一个 好的教 师，是 一个懂 得心理 学和教 育学的 人。21. 6.2310 :55:07 10:55J un-212 3-Jun- 21 12、要记 住，你 不仅是 教课的 教师， 也是学 生的教 育者， 生活的 导师和 道德的 引路人 。10:55 :0710: 55:071 0:55We dnesda y, Jun e 23, 2021 13、He wh o seiz e the right moment , is t he rig ht man .谁把 握机遇 ，谁就 心想事 成。21. 6.2321 .6.231 0:55:0 710:55 :07Jun e 23, 2021 14、谁要 是自己 还没有 发展培 养和教 育好， 他就不 能发展 培养和 教育别 人。202 1年6月 23日星 期三上 午10时 55分7 秒10:55 :0721. 6.23 15、一年 之计， 莫如树 谷；十 年之计 ，莫如 树木； 终身之 计，莫 如树人 。2021 年6月上 午10时 55分21 .6.231 0:55Ju ne 23, 2021 16、提出 一个问 题往往 比解决 一个更 重要。 因为解 决问题 也许仅 是一个 数学上 或实验 上的技 能而已 ，而提 出新的 问题， 却需要 有创造 性的想 像力， 而且标 志着科 学的真 正进步 。2021 年6月23 日星期 三10时 55分7 秒10:55 :0723 June 2 021 17、儿童 是中心 ，教育 的措施 便围绕 他们而 组织起 来。上 午10时5 5分7秒 上午10 时55分 10:55: 0721.6 .23
实际吸、排气过程中存在阻力损失，使实际气缸内吸气压力小于吸 入管路内气压、实际气缸内排气压力高于排出管路内气压；吸、排气过 程中有压力波动、温度变化。
在膨胀和压缩过程中，因为气体与气缸壁之间存在热交换，使得压 缩过程指数与膨胀过程指数不断变化，并非常数。
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2. 性能参数
往复式压缩机的性能参数主要包括： 排气压力 排气温度 排气量 功率和效率
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2.6 多级压缩的理由/优势
3. 提高容积系数 随着压力比的上升，余隙容积中的气体膨胀所占的容积增加，气缸 实际吸气量减少。采用多级压缩，压力比下降，因而容积系数增加。
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2.6 多级压缩的理由/优势
4. 降低活塞力 多级压缩由于每级容积因冷却而逐渐减少，当行程相同时，活塞面 积减少，故能降低活塞上所受的气体力，因此使运动机构重量减轻，机 器效率提高。
对于实际气体，若是在高压下测得的气体容积，则换算时要考虑到 气体可压缩性的影响。
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2.4 供气量
往复压缩机排气量随压缩机的进口状态而变，它不反映压缩机所排 气体的物质数量。化工工艺中使用的压缩机，由于工艺计算的需要，需 将容积流量则算到标准状态（1.013x105MPa，0℃）时的干气容积值，此 值称为供气量或者标准容积流量。
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2.1 吸气/排气压力
往复压缩机的吸气和排气压力分别指第一级吸入管道处和末级排出 接管处的气体压力，因为压缩机采用的是自动阀，气缸内的压力取决于 进、排气系统中的压力，即由“背压”决定。所以吸、排气压力是可以 改变的。
压缩机铭牌上的吸、排气压力是指额定值，实际上只要机器强度、 排气温度、电机功率和气阀工作许可，他们是可以在很大范围内变化的 。
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2.3 容积流量
往复压缩机的容积流量是指在单位时间内经压缩机压缩后在压缩机 最后一级排出的气体，换算到第一级进口状态的压力和温度时的气体容 积值，单位是M3/min或M3/h。
压缩机的额定容积流量，即在压缩机铭牌上标注的容积流量是指在 特定的进口状态下（进口压力0.1MPa，温度20℃）时的容积流量。
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2.5 功率和效率
压缩机消耗的功，一部分直接用于压缩气体，另一部分是用于克服 机械摩擦。前者称为指示功，后者称为摩擦功，二者之和为主轴所需的 总功，称为轴功。
单位时间所消耗的功称为功率。 指示功率与总功率的比值即为压缩机的效率。
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2.6 多级压缩
所谓多级压缩是将气体的压缩过程分在若干级中进行，并在每级压 缩后将气体导入中间冷却器进行冷却。如图所示