容积式压缩机

2. 容积式压缩机

（Positive Displacement Compressor ）

主讲内容：

2.1容积式压缩机概述

2.2 热力性能、性能参数计算

2.3 往复活塞式压缩机动力学计算

2.4 往复式压缩机排气量调节

2.5 其他容积式压缩机

2. 容积式压缩机

（Positive Displacement Compressor ）

•2.1容积式压缩机概述

•容积式流体机械 （Positive displacement fluid machinery ）

靠泵腔容积的变化来吸入与排出介质,来转换能量的为~。 主要有：容积式压缩机；容积泵

分类：(1)按结构分： 卧式 ① 往复式 (reciprocating) 立式 活塞式 单缸 单级 单作用 π式 柱塞式 → 双缸 → 双级 → 双作用→ H 式 隔膜式 多缸 多级 差 动 V 式 L 式 W 式

② 回转式

螺杆式：单螺杆；双螺杆；三螺杆；四螺杆；五螺杆。 罗茨式：

滑片式： 齿轮式： 涡线式： 液环式： 滚动活塞式： 摇摆转子式： 球型转子式：

半球转子式：

(2) 按排气压力分： ① 低压： p< 1 MPa ② 中压： p = 1~10 MPa ③ 高压： p = 10~100 MPa ④ 超高压： p > 100 MPa

（3）按容积流量分： ① 微型压缩机： min

3v m 1q <

② 小型压缩机：min

~3

v m

101q =

③中型压缩机： min ~3v m 10010q =

④大型压缩机：min

3v m 100q >

•容积式流体机械的特点

优点：①压力范围宽。有真空；低压；中压；高压；超高压。

高压、超高压必须用容积式。工业中有700MPa, 液体达到：1000MPa(实验室内）。

②效率高。热效率达80%以上。

③适应性强，可输送各种介质。

④品种多样，适应各种工况及用途。

缺点：①结构较复杂，易损件多。

②排出不连续，产生脉动，往复惯性力。

③转速低，排量小。

③介质易受油污染。

结构：

1. 曲轴

2. 连杆

3. 十字头

4. 活塞杆

5. 活塞

6. 气缸

7. 缸头

8. 进气阀

9. 排气阀

10. 机体等

2.1.1往复式压缩机结构与工作原理

结构类型主要部件：

曲轴、连杆、十字头、活塞杆、活塞、气缸、缸头、进排阀等

辅助部件：润滑系统、冷却系统、飞轮、机壳、机座等。

动力端：飞轮、曲轴、连杆、十字头。

功用：传递动力，由旋转运动转化为往复运动。

液力端（工作端）：活塞杆、活塞、气缸、缸头、进排气门阀等

功用：对介质作功，由机械能转化为流体能。

机型：卧式；立式；L型；V型；H型等。

工作机：往复压缩机；往复泵（课程内容）

原动机：柴油机；汽油机等(课外内容）

动力端基本相同。飞轮、曲轴、连杆一样。

工作端也基本相同。活塞杆、活塞、气缸基本一样。

不相同的有：缸头与进排气门阀（结构上差别）

（1）气门阀

①压缩机阀：环状阀、网状阀、碟形阀、条状阀、直流阀、多层环状阀、菌状阀等。

②泵阀：锥形阀；球阀；环状阀；球面阀；新型阀等。

③发动机阀：杆式气阀

（2）活塞环密封

活塞环材料：灰铸铁；球墨铸铁；合金铸铁；铜合金；石墨填, 充聚四氟乙烯；环氧树脂等。

一般三道活塞环便可以密封。

活塞形状：筒形；盘形；级差形；组合形等。

活塞材料：铸铝：ZL7；ZL8；ZL10 （发动机）

铸铁：HT200；HT250；HT300 （压缩机）

铸钢：20；A3；16M n；ZG25B （高压泵）

（3）润滑系统

功用：减磨损，延寿命，降耗功，防锈蚀，降温升。

①飞溅润滑：曲柄连杆旋转飞溅润滑油。

②喷雾润滑：喷嘴雾化喷淋润滑。

③压力润滑：泵压润滑。

润滑油种类：机械油；压缩机油；制冷机油；油脂；环烷基油；

石蜡基油；硅酮油。

（4）冷却系统

功用：降低温度，防止过热，减少功耗。

压缩机在压缩气体时，气体的体积缩小，温度升高。

①风冷：空气冷却。机身上有散热片，风扇等。

②水冷：强制冷却。缸体上有水套、管路，泵压水循环系统。发动机（柴油机、汽油机）爆炸作功时也放出大量的热。但这个热对于原动机来说是有利的。

2

m 2.2 热力性能、性能参数计算

•2.2.1 理论压缩循环

理论压缩的假设：

① 气缸内气体能全部排出。

② 进气、排气过程中，压力温度都不变。 ③ 压缩过程指数一定，k , m 值不变。 ④ 气缸无泄漏。

满足上面四条的为：理论压缩循环 理论压缩循环经过三个压缩过程：

① 进气过程：4-1线，吸气压力不变 p 1 , 最大进气量V 1 。 ② 压缩过程：1-2 线，压力升高，容积减少，最高压力 p 2 ③ 排气过程：2-3 线，排气压力不变 p 2 ，缸内气体排出。 吸气—压缩—排气 为一个循环，或一个冲程。 曲轴旋转一周，活塞一个往复，完成一个理论压缩循环。

•

（一）理论进气量 气缸直径 D ，冲程长度（活塞行程）S S=2r ( 曲柄半径） 活塞行程容积：V h , 进气容积：V 1 一个理论循环的进气量：

V 1= V h = A p ·S A p —— 活塞面积， ① 单作用气缸：冲

3

214

m s

D s A V p ⋅=⋅=π

② 双作用气缸：()m

d m s

d D V 活塞杆直径，冲--⋅-=3

2

2124π

③ 单作用级差气缸：冲

3

214

m s

D V ⋅=π

•每分钟理论进气量：

()

min

24

min 4

3

22

13

21m s

d D n

V m

s D n s A n V p -==⋅⋅=π

π

双作用：单作用：

每分钟活塞冲程次数 n (冲/分)= 曲轴的转速 n （r/min ）

(二)理论压缩循环功

气体压缩，体积减少，温度升高，热量散发。致使这个热力过程的能量计算较复杂，热力学中给出了五种计算方法：