活塞式压缩机

往复压缩机的分类
• 1、按气缸的布置可将其分为： • （1）立式压缩机，气缸均为竖立布置； • （2）卧式压缩机，气缸均为横卧布置； • （3）角式压缩机，气缸布置为V型、W型、L型、星型等 不同角度； • （4）对称平衡式压缩机，气缸横卧布置在曲轴两侧，相 对两列气缸的曲拐错角为180℃，而且惯性力基本平衡。 • 2、若按排气压力可分为： • （1）低压压缩机，排气压力为0.3~1MPa（表压）； • （2）中压压缩机，排气压力为1~10 MPa（表压）； • （3）高压压缩机，排气压力为10~100MPa（表压）； （4）超高压压缩机，排气压力＞100 MPa（表压）。
动力端
液力端
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。
活塞式压缩机的基本结构和工作原理
外死点 活塞离曲轴旋转中心最 远距离处 内死点 活塞离曲轴旋转中心最 近距离处
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5、若按活塞在气缸中的作用可分为： （1）单作用压缩机，气缸内仅一端进行压缩循环； • （2）双作用压缩机，气缸内两端都进行同一级次的压缩循环； • （3）级差式压缩机，气缸内一端或两端进行两个或两个以上不同 级次的压缩循环。 • 6、若按列数的不同可分为： • （1）单列压缩机，气缸配置在机身一侧的一条中心线上； • （2）双列压缩机，气缸配置在机身一侧或两侧的两条中心线上； • （3）多列压缩机，气缸配置在机身一侧或两侧两条以上的中心线 上。
往复活塞式压缩机
( Reciprocal Piston compressor )
结构：
1. 曲轴crankpin 2. 连杆connecting rod 3. 十字头crosshead head 4. 活塞杆piston rod 5. 活塞piston 6. 气缸cylinder 7. 缸头cylinder head 8. 进气阀suction valve 9. 排气阀discharge valve 10. 机体等frame
气阀组件
密封组件
填料
（一）平面填料
只适用于压力﹤100×105pa的地方。高压下采用锥面填料。
(二)锥面填料 在最大密封压差小于10MPa的情况下，常采用平面填料， 当最大密封压差大于10MPa时，填料函内常设置锥面填料。
曲轴连杆机构
曲轴
种类：
曲柄轴；曲拐轴
曲拐轴
曲柄轴
连杆
• 活塞环随活塞在缸中往复摩擦，要求活塞环应耐磨。 通常要求活塞环的的硬度比缸面的硬度高10%~15%； • 材料：与铸铁缸面或缸套相配合的活塞环采用铸铁 HT200或HT250；与钢质缸套或碳化钨缸套配用的 的是合金铸铁。对于高转速、高压力的压缩机，可采 用铸铁环上镶填充四氟乙烯或镶青铜及紫铜，有的在 活塞环的表面镀铬，以减少活塞环的磨损和拉缸。无 油润滑压缩机的活塞环采用填充四氟乙烯、石墨、尼 龙及其它自润滑材料。 • •
活塞式压缩机
活塞式压缩机 适用于中、小输 气量，排气压力 可以由低压至超 高压； 离心式压缩机和 轴流式压缩机 适用于大输气量、 中低压情况； 回转式压缩机 适用于中小输气 量、中低压情况。
• 活塞式压缩机的基本结构和工作原理 • 一.基本构成和工作原理 • 活塞式压缩机主要由三大部分组成:
– 运动机构:曲轴、连杆、十字头、联轴器等； – 工作机构：汽缸、活塞、气阀、机身等。 – 辅助系统：润滑系统、冷却系统、调节系统。
第二节 活塞式压缩机的工作循环
余隙容积的组成
①活塞位于止点时，活塞端表 面与缸盖之间的容积VOl。
②活塞端面与第一道活塞环间 距L，由汽缸镜面与活塞外圆之间 所包围的环形空间V02。 ③在气阀至汽缸容积的通道问 所形成的V03，其值取决于气阀在汽 缸上的配置形式。
第二节 活塞式压缩机的工作循环
（2）压力比 对于同一汽缸而言，ε′越 大，容积系数就越小。当ε′增 至某一定值时，λv等于零，此 时压缩后的高压气体将全部存 留在余隙容积内，当活塞回行 时，这些气体将重新膨胀，使 下一循环根本无法吸气，这时 的压力比已达到极限值。
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卧式双缸双作用往复活塞压缩机
立式双缸往复活塞压缩机
V形容积式压缩机
W形往复活塞压缩机
命名规则
往复活塞式压缩机的工作循环
一、气体的状态和过程方程式 (一)理想气体状态方程式 压力 p 比容 υ
温度 T
理想气体的状态方程式：
1k g气体 Gk g气体
pv RT pV GRT
第二节 活塞式压缩机的工作循环
V 1 ( 1)
VM 相对余隙容积 Vh
1 m
压力比
m 多变膨胀指数
（1）相对余隙容积 余隙容积越大，相对余隙容积就越大，容积系数也 就越小，表明汽缸有效利用率越低。故在设计中要力求 减小余隙容积，提高汽缸容积的利用率．
VB BVh V p T Vh
B 吸气系数 V 容积系数 p 压力系数 T 温度系数
第二节 活塞式压缩机的工作循环
1.容积系数λ
V
VB Vh VM V4
假设膨胀过程方程
pd V p V
m M
m s 4
1 VM VB m V 1 ( 1) Vh Vh
⑶ 压缩过程与膨胀过程存在不稳定的热交换，使压缩曲线与膨 胀 曲线不是稳定的 m 值。（多变指数m是变化的） 压缩线 a—b
开始段：气体吸热 中间段：不传热 结束段：气体放热 膨胀线 c—d 开始段：气体放热 中间段：不传热 结束段：气体吸热
m>k m=k m<k
n>k n=k n<k
n——膨胀指数 n<m
行程 活塞从外死点开始运动又 回到外死点位置的全过程称为一 个循环，外死点到内死点之间的 距离,称行程。
每个汽缸内经历的都是膨胀、吸 气、压缩、排气四个过程。
活塞式压缩机的基本结构和工作原理
• 二、活塞式压缩机的主要零部件
气缸组件
活塞组件
在压缩机中，一般将活塞、活塞杆和活塞环称为活塞组件， 它是压缩机的重要部件之一。活塞组件的结构取决于压缩机的 排气量、排气压力以及压缩气体的性能及汽缸的结构。
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3、若按排气量可分为： （1）微型压缩机，排气量＜1 m3/min； （2）小型压缩机，排气量为1~10 m3/min （3）中型压缩机，排气量为10~60 m3/min （4）大型压缩机，排气量＞60 m3/min 。 4、若按气缸达到终压所需级数可分为： （1）单级压缩机，气体经一次压缩达到终压； （2）双级压缩机，气体经两级压缩达到终压； （3）多级压缩机，气体经三级以上压缩达到终压。
• 二.级的实际压缩循环
气缸内实际压缩循环的示功图： 实测 图面积为实际压缩循环功。
主要特点： ⑴ 气缸内有余隙容积 V0 存在
V0 内的剩余气体在压缩时被压缩，吸气时它先膨胀。使循环 过程出现一个膨胀过程。 四个过程为一个循环：吸气—压缩—排气—膨胀 缸内余隙有：① 活塞与气缸端部间隙。2~3 mm ② 活塞与气缸环形间隙。0.5~1mm ③ 进、排气门阀通道，测压表管道。 ④ 活塞帽凹槽 等。
1.等温理论循环功Wis 2.绝热理论循环功Wad 3.多变理论循环功Wpol
p
p2 3
多变线 等温线
2
绝热线
Wi
p1 4
0ห้องสมุดไป่ตู้
1
m
k
1
v
这说明在相同的初压p1、终压p2下，等温理论循环功最小， 绝热理论循环功最大，而有适当冷却的多变理论循环功则介于 两者之间。因此应尽可能创造较好的冷却条件，使压缩过程接 近等温，即可降低功耗。实际上受传热速率及其他因素的限制， 不可能实现等温压缩，而是接近绝热过程的某一多变过程。
第二节 活塞式压缩机的工作循环
2．压力系数λp 在实际吸人过程中，气体通过吸人阀和吸人管道时有阻力
损失，所以吸气终了时缸内的实有压力低于标准压力,即气体
进入汽缸后由于体积膨胀占去一部分汽缸有效容积，而影响新 鲜气体的吸人量，这种影响用压力系数λp来表示。
λp 一般取经验值。对于压缩机的第一级，吸入压力常为
大气压力，可取λp=0.95～0.98，其中低值适用于气阀流通截 面积较小或气阀弹簧力过大的情况。对于多级压缩机的其余各 级，吸气压力较高，气阀阻力相对较小，可取λp=0.98～1.0。
第二节 活塞式压缩机的工作循环
3．温度系数λT 压缩机经运转后，汽缸、活塞、气阀以及与之接近的气 管都将升温，且远高于新鲜气体的温度，因此在吸人过程中， 气体被加热。由于温度升高，气体体积膨胀失去了部分有效 容积，减少了新鲜气体吸入量。这种影响用温度系数λT来表 示。
往复活塞式压缩机的工作循环 （二）气体的过程方程式
p1V1 p 2V2 GR T1 T2
状态方程
过程方程
p1v1
m/
p2 v2
m/
等温过程 绝热过程
m/ = 1 m/ = k k—绝热指数 k=cp/cv
多变过程
1﹤m/﹤k
k﹥ m/
第二节往复活塞式压缩机的工作循环
二、活塞式压缩机的工作循环 (一)理论工作循环（吸气、压缩、排气） 压缩机的活塞往复运动一次，在汽缸中进行的各过程的总 和称为一个循环。为便于分析压缩机的工作状况，做下述简化 和假定。 ①在循环过程中气体没有任何泄漏。 ②气体在通过吸人阀和排出阀时没有阻力。 ③排气过程终了汽缸中的气体被全部排尽。
⑷ 气缸内存在气体泄漏，使压缩线与膨胀线变的平坦。
外泄漏：活塞环、活塞杆填料函、第一级进气阀。
内泄漏：排气阀、后面各级进气阀。
第二节 活塞式压缩机的工作循环
三、排气量及影响因素 排气量是压缩机的重要参数之一，不但是生产上的重要指 标，也是确定机器驱动功率、机器参数、结构尺寸和形式的重 要依据。 排气量——压缩机的排气量是指单位时间内，压缩机最后 一级排出的气体体积，换算到第一级入口状态的压力和温度下 的数值。 常用表示，单位为m3／min或m3／s等。 理论排气量：
(一)活塞
对活塞的基本要求:
良好的密封性； 具有足够的强度、刚度和表面硬度； 质量要小并具有良好的制造工艺性.
活塞的基本结构形式 往复式压缩机中，活塞的基本结构形式有筒形、盘形。 (1)筒形活塞 用于无十字头的单作用压缩机中，如图所示。
(2)盘形活塞
如图所示为铸铁盘形活塞。为了减 轻质量，一般活塞都做成空心的。 为增加其刚度和减少壁厚，其内部 空间均带有加强筋。加强筋的数目 由活塞的直径而定，为3～8条。 直径较大的活塞采用焊接结构
V d =Vhnf = FSnf
• 额定排气量——压缩机在特定进口状态（进 气压力为0.1MPa、温度为20℃）的排气量。 • 标准排气量——将压缩机压缩并排出的气体 在标准排气位置的实际容积流量换算到标准 工况（760mmHg，0℃）的气体容积值，也 称供气量。
第二节 活塞式压缩机的工作循环
（一）压缩机的实际吸气量及其影响因素 汽缸实际吸气量：
第二节 活塞式压缩机的工作循环
(3)多变膨胀指数m 在其他条件相同的情况下，膨胀 指数越大则容积系数λv越大如图所 示，膨胀指数增大时，膨胀过程曲线 变陡，膨胀所占的容积减小，即吸进 的气体量增多。 膨胀过程中，如果汽缸壁传给气 体的热量越少，m值就越大，所以汽 缸盖冷却好的压缩机能提高容积系数 λv。高转速压缩机，由于膨胀时间 极短，膨胀过程趋于绝热，这对提高 容积系数是有利的。
④在吸气和排气过程中气体的温度始终保持不变。
⑤气体压缩过程按不变的热力指数进行，即过程指数为常 数。
第二节往复活塞式压缩机的工作循环
动画
理论示功图
理论循环总功
W W吸 W压 W排 p1V1 pdV p 2V2 Vdp
2 1 1 2
第二节往复活塞式压缩机的工作循环
材料：锻铝（LD5，LD8，LD10），碳钢（30，45，50）， 合金钢（30CrMo,40Cr）,球墨铸铁。 连杆瓦：巴氏合金，钨合金，锡青铜。 连杆螺栓：高强度螺栓，40Cr，30CrMo，38CrMoAl
辅助系统
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。