往复式压缩机 PPT课件

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①单级压缩机的排气量：
Vd
Vs Vl
Vs 1
Vl Vd Vl
Vs
Vd Vd Vl
Vs
1
1
υ
气缸的相对泄漏量 Vl Vd
Vd λV λp λT λl Vh n
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— 气缸的相对泄漏量，它是气缸
中各泄漏点的相对泄漏量的总和：
υ＝ υi
气阀不严密或延迟关闭的泄漏 ＝0.01～0.04 单作用气缸中活塞环的泄漏 ＝0.01～0.05 双作用气缸中活塞环的泄漏 ＝0.003～0.015
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一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环 实际循环与理论循环的区别：
①气缸内有余隙容积 余隙容积内残存少量高压气体，这部分高
压气体在活塞开始吸气前有一个膨胀过程，膨 胀至压力略低于进气管内进气压力时，才开始 进气过程。
余隙容积包括气缸端面与活塞端面所留间 隙；进排气阀通道所形成的容积；活塞与气缸 在第一道活塞环之前形成的容积。
③压缩和膨胀过程指数不是定值 在压缩和膨胀过程中，气体的温度不断变
化，气体和缸壁之间存在着不稳定的热交换过 程，所以膨胀和压缩过程的过程指数k不是定值。 ④ 气阀、填料函和活塞环等部位有泄漏，泄 漏影响压缩过程线和膨胀过程线，并影响进气 量和排气量。
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一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环
此外，实际气体和理想气体的差别也会 影响压缩机的工作循环：
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5.循环指示功、功率及效率
指示功：压缩机用于压缩气体所消耗的功； 摩擦功：压缩机用于克服机械摩擦所消耗的功； 轴功：指示功+摩擦功，即主轴需要的总功； 功率：单位时间所消耗的功； 比功：单位排气量所消耗的轴功。
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5.循环指示功、功率及效率
用简化的等功当量指示图计算实际循环功
用平均的 进、排气压力 代替实际波动 的进、排气压 力；用等熵指 数k代替过程 指数m。
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一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环 实际循环与理论循环的区别：
②进、排气阀产生阻力损失 进、排气阀门使气体产生阻力损失，从而
导致气缸内实际进气压力低于进气管内的名义 进气压力，气缸内的实际排气压力高于排气管 内的名义排气压力。
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一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环 实际循环与理论循环的区别：
k 1
T2 T1ε k
最高排气温度的限制： 低于气体的聚合或分解温度； 低于气体的自燃、自爆温度； 低于润滑油的闪点30～50℃； 低于自润滑材料的流变温度； 一般情况下排气温度控制在160-180℃以下。
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4.排气压力
压缩机的实际排气压力由排气系统压 力（也称背压）决定，只有压缩机的排气 量和系统的用气量之间达到供求到平衡时， 才能保证压缩机的排气压力稳定。
1
)m
1]
1 α(
1 m
1)
——相对余隙容积。其大小主要取决于气阀在气缸
上的布置方式以及压缩的级次等。低压级0.07～0.12，
中压级0.09～0.14，高压级0.11～0.16。
单级压力比 过大，会使 V 降低。
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p ——压力系数
反映了由于进气阀阻力的存在致使实际进
气压力 ps 小于名义进气压力 p1 ，从而造成进气
对于易燃易爆等特殊气体，级数选择主要受 排气温度的限制。
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一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环
各级压力比的分配以压缩机的总功耗最小为
原则。此时，各级压力比相等，为总压力比开Z次
方。
εi
p2 ps
p3 p2
pd p d 1
z
pd
ps
多级压力比在实际分配时往往会做调整：如 第一级常取较小的压力比以增大第一级的容积系 数即增加进气量；另外还要考虑活塞力的平衡； 满足工艺条件（如工艺压力作为级间压力）等。
理想气体状态方程： pV m RT
实际气体状态方程： pV Z m RT
理想气体过程方程： p1 V1k p2 V2k
k:等熵过程指数
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一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环
实际气体过程方程：
p V p V kV1 11
kV 2 22
kT 1
kv:容积等熵指数 kT:温度等熵指数
T2 T1
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一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环
理论循环假设条件：
I. 气缸内无余隙容积，气体全部排出气缸； II. 气体通过进、排气阀无压力损失，压力无波动； III. 气体压缩过程指数不变； IV.气缸内气体无泄漏。
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一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环
理论压缩循环的进气容积 V1 等于气缸的行 程容积：
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一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环
选择级数Z的一般原则：
节省功率; 机器结构简单；质量轻、成本低； 操作维修方便；满足工艺流程上的特殊要求。
大中型压缩机，以省功和运转可靠为第一要 求，一般级压力比取在2—4之间；
小型压缩机，经常是间歇使用，主要考虑结 构简单紧凑，质量轻、成本低，而功耗却处于次 要地位，所以可适当提高级压力比以减少级数；
压缩机效率是衡量机器工作完善性的重要指标
当各级压力比不相等时，会使总指示功有所 增加。但各级压力比的乘积仍等于总压力比。
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思考题
压缩机按工作原理分为哪两类？ 往复活塞压缩机的组成部分及作用？ 往复活塞压缩机的工作循环过程？ 往复活塞压缩机的三种热力过程？ 往复活塞压缩机的主要特点？ 画出往复活塞式压缩机理论循环和实际循环P-V指示图。 往复活塞式压缩机理论循环与实际工作循环的区别? 何为压力比？多级压缩机压力比的分配原则？ 在什么情况下须采用多级压缩？多级压缩的优缺点？ 一单级活塞压缩机，进气压力为0.5MPa（表压）, 排
k k1
p2 p1
k 1
k
1
多变过程：
Wpol
p1V1
m m1
p2 p1
m 1
m
1
k—等熵过程指数；m—多变过程指数；
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一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环
实际循环P-V指示图
V0-余隙容积； Ps-将波动的实际进 气压力，根据功量 相等的原则而得出 的平均压力； Pd-将波动的实际排 气压力，根据功量 相等的原则而得出 的平均压力； P1-名义进气压力； T1-名义进气温度。
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5.循环指示功、功率及效率 单级压缩机实际循环指示功：
Wi
ps
λV
Vh
k k
1
[(
pd ps
k 1
)k
1]
单级压缩机实际循环指示功率：
Ni
ps λV Vh
k [(pd k1 ps
k 1
)k
1]
n 60
40
5.循环指示功、功率及效率
压缩机的轴功率：
NZ
Ni ηm
ηm—压缩机的机械效率，对于带十字头的大 中型压缩机：ηm=0.90-0.95；小型不带十字 头的压缩机：ηm=0.85-0.92；高压循环压缩 机：ηm=0.80-0.85；无油润滑压缩机的效率 更低。
气压力为1.7MPa（表压）。压力比为多少？
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二、往复活塞式压缩机的热力性能参数
1、进气量 2、排气量 3、排气温度 4、排气压力 5、循环功、功率及效率
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1.进气量
压缩机的进气量Vs是在实际循环下压缩机 单位时间的进气量。用名义进气状态下的进气 量Vh表示，对应于名义进气压力P1，名义进气 温度T1。
Vd n
p1Ⅰ T1k p1k T1Ⅰ
Z1k Z1Ⅰ
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μ ok——称为第k级的抽加气系数。它表示k
级之前的抽加气对k级进气量的影响。
抽气：μok 1；加气：μok 1
Vd
k
Vo1i
μok
i2
Vd
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μφk ——称为第k级的凝析系数。它表示k级
之前气体的凝析量对k级进气量的影响。
有凝析：μφk 1
填料函的泄漏 ＝(0.0005～0.001)·j(等效级次）
泄漏点
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②多级压缩机的排气量
排气量仍然用第1级气缸的尺寸参数和运行 状态参数表示：
Vd λV1 λp1 λT1 λl1 Vh1 n
多级压缩机第k级气缸的行程容积与排气 量的关系：
Vhk
μok μφk λVk λpk λTk λlk
p2 p1
kT
1
实际气体的容积：
V
V1
Z Z1
p1 p
kT
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一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环
多级压缩过程
当要求气体的压力比较高时，就要采用多 级压缩。因为单级压力比过高，会造成气体的 排气温度过高，压缩机的功耗增加，压缩机笨 重。
多级压缩就是将气体的压缩过程分成几级 来进行，级与级之间设置冷却器和油水分离器 等，每一级的工作循环过程与单级压缩过程相 同。
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一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环
等温过程 多变过程 绝热过程
多级压缩P-V图
多级压缩T-s图
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一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环
采用多级压缩的优点： 降低排气温度；节省功率消耗；提
高容积系数；降低活塞力。 级数过多的缺点：
压缩机结构的复杂性增加，消耗于 气阀、管路、设备中的阻力损失增加， 制造和运行成本增大。
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一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环
3
一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环
4
一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环
L型压缩机
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一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环
基本结构
主要部分
主要作用
基础部分 机身、曲轴、连杆、 十字头等
传递动力，连接基础 和气缸部分。把电动 机轴的旋转运动变成 十字头的往复直线运 动，从而推动活塞在 气缸内移动。
速度式：利用高速旋转叶片的动力学作用给 气体提供能量（压力能和动能），而其中的气体 动能再转变成压力能。
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§1.1 往复活塞式压缩机
一．往复活塞式压缩机结构原理及工作循环 二．往复活塞式压缩机热力性能参数 三．往复活塞式压缩机的动力分析 四．往复活塞式压缩机排气量的调节 五．石油化工用往复活塞式压缩机的参数控制 六．往复活塞式压缩机的典型结构及零部件
气缸部分 气缸、气阀、活塞、 活塞环、填料等
形成压缩容积和防止 气体泄漏
辅助部分
冷却器、缓冲器、滤清 器、油气分离器、安全 阀、油泵、注油器、排 气量调节装置等
确保压缩机安全、可 靠运转
往复活塞式压缩机的组成
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一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环
往复活塞式压缩机的主要特点：
1.适用压力范围广。从低压至超高压均可。 工业中，排气压力达到350MPa，实验室可达 到1000MPa。
Vs λv λp λt Vh n
V ——容积系数
p ——压力系数 λT ——温度系数
n ——压缩机的转速
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V ——容积系数
表征气缸行程有效利用程度的系数。反映 了由于气缸的余隙容积的存在，使气缸行程容 积被膨胀气体所占有，从而导致了吸气量减少 的程度。
λV
Vh ΔV Vh
1
V0 Vh
[( pd ps
第一章 压缩机
压缩机是一种能提高气体压力并能连续输送 气体的机器，它把机械能转变为气体的能量。压 缩机的排气压力一般大于0.3MPa。当排气压力小 于0.3MPa时，一般称为风机。
容积式：通过活塞、柱塞和各种形状的转子 压缩密闭空腔内气体体积来提高气体的压力。它 又可分为往复运动式和回转运动式两类。
2.绝热效率较高。大型往复活塞式压缩机的绝 热效率可达到80%以上。
3.适应性较强。气量、排气压力及气体密度的 改变对压缩机的性能影响不大。通用性好。
4.机器结构较复杂，易损件较多。 5.进气和排气脉动不连续，容易引起气流脉动
和管路振动。
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一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环
理论循环p-v指示图（示功图）
V1 Vh A S
A—活塞面积； S—活塞行程；
单作用气缸：
Vh
π 4
D2S
双作用气缸：Vh
π 4
2D2 d2
S
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一、往Hale Waihona Puke Baidu活塞式压缩机结构原理及工作循环
理论压缩循环所包围的面积，为理论循环的
压缩功，也称为理论压缩循环的指示功。
等温过程：
Wi
p1V1ln
p2 p1
等熵过程：
Wad
p1V1
Vd
k
Vφ1i
μφk
i2
Vd
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压缩机的排气量由第1级气缸的尺寸和运 行状态参数决定的，不论是单级压缩还是多 极压缩 ，每台压缩机只有一个排气量。 排气量用进气状态所表示的，而工艺上 要求的供气量往往是标准状态下的干气容积 量，两者之间要注意换算。
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3.排气温度
排气温度一般按绝热过程考虑，排气 温度和进气温度之间的关系：
量减少的程度。
λp
ps p1
1 Δp s p1
进气阀阻力
低压级 p ＝0.95～0.98 高压级 p ＝0.98～1.0
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λT ——温度系数
表示进气过程中气体从缸壁等部件 吸收热量造成体积膨胀，从而造成进气 量减少的程度。温度系数与气缸的冷却 状况和级的压力比大小有关。
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2.排气量
压缩机的排气量用名义进气状态下的气 量表示。排气量等于第一级的进气量减去所 有各级的外泄漏气量。 供气量：一般为压缩机排气量换算成标 准状态下的流量。