压缩机的热力性能和计算

§2.2.1压缩机的热力性能和计算

一、排气压力和进、排气系统

（1）排气压力

①压缩机的排气压力可变，压缩机铭牌上的排气压力是指额定值，压缩机可以在额定排气压力以内的任意压力下工作，如果条件允许，也可超过额定排气压力工作。

②压缩机的排气压力是由排气系统的压力（也称背压）所决定，而排气系统的压力又取决于进入排气系统的压力与系统输走的压力是否平衡，如图2-20所示。

③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。

（2）进、排气系统

如图所示。

①图a的进气系统有气体连续、稳定产生，进气压力近似恒定；排气压力也近似恒定，运行参数基本恒定。

②图b的进气系统有气体连续、稳定产生，进气压力近似恒定；排气系统为有限容积，排气压力由低到高逐渐增加，一旦达到额定值，压缩机停止工作。

③图c的进气系统为有限容积，进气压力逐渐降低；排气系统压力恒定，一旦低于某一值，压缩机停止工作。

④图d的进、排气系统均为有限容积，压缩机工作后，进气压力逐渐降低；排气系统压力不断升高，当进气系统低于某一值或排气系统高于某一值，压缩机停止工作。

二、排气温度和压缩终了温度

（1）定义和计算

压缩机级的排气温度是在该级工作腔排气法兰接管处测得的温度，计算公式如下：

压缩终了温度是工作腔内气体完成压缩机过程，开始排气时的温度，计算公式如下：

排气温度要比压缩终了温度稍低一些。

（2）关于排气温度的限制

①汽缸用润滑油时，排气温度过高会使润滑油黏度降低及润滑性能恶化；另外，空气压缩机中如果排气温度过高，会导致气体中含油增加，形成积炭现象，因此，一般空气压缩机的排气温度限制在160°C以内，移动式空气压缩机限制在180°C以内。

②氮、氨气压缩机考虑到润滑油的性能，排气温度一般限制在160°C以内。

③压缩氯气时，对湿氯气的排气温度限制在100°C，干氯气的排气温度限制在130°C。

④石油压缩机的排气温度一般不超过100°C。

⑤乙炔压缩机的排气温度一般不超过100°C。

⑥汽缸无由润滑压缩机，如果使用自润滑材料做密封元件，允许的排气温度取决于自润滑材料的性质，如填充聚四氟乙烯材料的限制温度为180°C。

三、排气量和供气量

（1）定义

①排气量（也称容积流量、输气量）q V：通常是指在所要求的排气压力下，压缩机最后一级单位时间内排出气体，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m3/min 或m3/h 。

排气量换算时的几个注意事项：

a、如果被压缩气体中含有水蒸气，压缩完成后经冷却分离出来，这部分水分也应该换算成一级进口状态的水蒸

气容积计入排气量。

b、如果有一些组分气体在压缩到一定压力后被洗涤清除，这部分气体也应该包含在排气量中并换算到一级进口

状态。

c、对于实际气体，若是根据气体出口高压下测得的体积进行换算，应考虑气体的可压缩性的影响。

d、压缩机排气量是压缩机吸入量减去各级泄露的剩余气量，排气量可以变化，压缩机铭牌上标注的排气量指的是

额定工况下容积流量数值。

②供气量（标准容积流量）：指压缩机单位时间内排出的气体容积折算到标准状态下时的干气体容积值。

供气量换算时的几个注意事项：

a、级间如果有冷凝水析出，则被分离掉的冷凝水不计入供气量。

b、级间如果进行抽气洗涤净化，则被洗涤掉的组分不计入供气量。

c、级间如果被压缩介质在到达压缩机出口之前被抽走并用于工艺流程，则这部分被抽调的气体也应该换算成干气

体，计入供气量。

d、若中途加入其他气体并由机组出口排出，则这部分气体计入供气量。

③理论容积量：单位时间内所形成的压缩机工作容积之和，等于每转总工作容积或排量乘以转速。

（2）排气量的计算：

①根据实测值换算：

当实际测得末级排气量时，可按照下式求解压缩机的排气量：

容积流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。

②根据理论计算：

根据定义，排气量等于压缩机每一转吸进的气体扣除中途泄漏到机器外部的气体，再乘以转速，即：

（4）供气量与容积流量的关系：

四、压缩机热力分析和计算

（1）冷却析水问题

用于压缩湿气体的压缩机，中间各级或末级排气经冷却后，气体的含湿量会增加，如果水蒸气的分压达到相应温度下的饱和蒸汽压，就会有水分从气体中析出。

①任意压缩机的第一级的析水系数为1。

②多级压缩机任意第i级的析水系数为：

当压力较高时，可简化为：

（2）各级泄露问题

①直接泄入大气或第一级进气管道的气体，因是泄漏到压缩机之外，故称为外泄露。如一级进气阀的泄漏，各工作腔填料的泄漏，活塞环向大气或向第一级进气系统的泄漏等。

②气体仅由高压级或高压区泄入低压区，但仍在压缩机之内，故称为内泄漏。

③外泄漏直接降低排气量并增加功率消耗，内泄露不直接影响排气量，但能影响级间压力分配，倘若泄漏影响到第一级排气压力，也能间接影响排气量。

④在第一级汽缸膨胀和进气过程中，若有气体泄入该缸容积，也属外漏。

⑤泄漏系数与汽缸的排列方式、汽缸与活塞杆的直径、曲轴转速、气体压力的高低一级气体性质有关。

⑥有油润滑压缩机一般取0.9-0.98，无油润滑压缩机一般取0.85-0.95。

（3）级间抽气问题

级间抽气：在压缩机进气口和排气口之间的某个部位，将压缩机系统中的气体抽走一部分，或额外补充进一部分气体，大致有如下三种情况。

①将压缩机至中间压力的气体全部进行洗涤净化，去除

其中工艺上不需要的少数成分后，剩余的有效成分再返回压

缩机继续压缩。

②将压缩机至中间压力的气体抽出一部分，直接用于工

艺流程中需求压力较低的工段，其余气体继续压缩至机组排

气压力。

③在压缩机进、出口之间的某一部位补充一些中压气

体，这部分补充气体与吸气口来的气体一道被后几级压缩并

送至压缩机出口。

（4）工作容积计算

照前一级排出的气体经级间冷却后，刚好要为下一级所吸进的原则，压缩机任意第i级工作容积可用下式计算：

五、功率和效率

（1）指示功率及其影响因素