二章容积式压缩机

角度式压缩机>>L型
角度式压缩机>>W型
压缩机结构形式
§2.1.2压缩机级的工作过程
一、几个基本概念
1.级：气体完成压缩的次数。
2.列：连杆的个数
3.吸、排气压力（或温度）：首级汽缸工作腔进气 法兰和末级汽缸工作腔排气法兰接管处测得的压 力（或温度），也称名义压力（ps、pd)。
4.名义压力比：名义排气压力与名义进气压力的比 值。
据统计，现有压缩机的相对余隙容积大致在如下范围：
压力 2.0MPa， 0.07 ~ 0.12, 压力 2.0 ~ 32MPa， 0.12 ~ 0.16
48
②压力比的影响
V
1
1 m
1
49
③膨胀指数m的影响
V
1
1 m
1
m 膨胀线平缓
V4 ，V ，VS3
m的大小取决于膨胀过 程中吸收热量的多少。
程
过程指示功
2
W 1 Vdp
绝
热
等 熵 过 程
p1v1k p2v2k C
k 1
wi ad
k k 1
pv1
p2 p1
k
1
等
温 过
p1v1 p2v2
程 pv C
wiis
p1v1 ln
p2 p1
J kg
J kg
多 变 过 程
p1v1n p2v2n C
n1
wpol
n n 1
pv1
p2 p1
30
2.级的工作过程： •级：一次压缩
Baidu Nhomakorabea
动画
理论循环过程： 4-1：吸气； 1-2：压缩； 2-3：排气
4-1-2-3为级的理论循环。 曲轴旋转一周，活塞往复运动 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
31
基本概念： ①内止点（下止点）:活塞运动到接近主轴侧的 位置 ②外止点（上止点） ③进程—走向外止点 ④回程—走向内止点 ⑤行程—两止点间距离 ⑥压力指示图或示功图
余隙气体不耗功。
说明： 实际压缩循环比理论压缩循
环耗功多，多在中间冷却器、
气阀阻力损失、流动损失。
实际气体指示功用系数修正
57
Z1 Z2 2Z1
三、多级压缩
多级压缩：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。
58
（一）多级压缩的理由 1.省功 省功的原因：有中间冷却器.
8
2.1.1.2总体构成和组成
一、工作腔部分 作用：直接处理气体的部分。 气缸、气阀、活塞
• 2.1.1.2总体构成和组成
1.气阀：
（1）结构组成：阀 座、阀片、弹簧、升 程限制器
（2）升程限制器： 限制阀片的最大位移， 并用于承载弹簧
（3）工作原理
10
• 2.1.1.2总体构成和组成 2.气缸
V
VS1 VS
1
Z Z
4 3
1
m
1
Z—气体压缩性系数，表示实际气体偏离理想气体的
程度，物理意义是实际气体的摩尔体积与同温同压下的 理想气体摩尔体积之比。
结论：影响 V的主要因素是 、及m值。
47
①余隙容积的影响
V
1
1 m
1
行程容积一定，压力比和膨胀 指数m一定时：
Vc , ，V ，VS3
c-d：膨胀过程； d-a:吸气过程； a-b:压缩过程； b-c：排气过程
44
2.实际压缩循环排气量 每行程实际压缩循环进气量
VS3 p t v VS s VS
VS —行程容积
•λS —吸气系数 实际压缩循环排气量:
Vd p t v l VS n V VS n
ηV —容积效率
5.额定工况：压缩机铭牌上所标的参数工况（进、
排气压力和进气温度）。偏离额定工况的称为变
工况。
28
6.余隙容积：工作腔在排气之后仍残存 部分高压气体，这部分空间称为余隙容 积。
29
二、压缩机级的理论循环 1.级的理论循环的假设 ①气阀无压力损失，且进、排气压力无波 动，保持恒定。 ②工作腔内无余隙容积，气体全被排出。 ③工作腔与外界无热交换。 ④理想气体，压缩过程指数n为定值。 ⑤气体无泄漏。
若进、排气系统是一固定的封闭容积，且相对于工作 腔容积并不太大，进气过程中压力降低，排气过程中 压力升高
41
7）实际气体与理想气体性质不同
理想气体
实际气体
pv RT
状态方程
Z＞1，难压缩 pv ZRTZ＜1，易压缩
pvk
V1
C,
V2
1
P2 P1
n
n 1
T2 T1
p2 p1
n
过程方程
•其它级进气压力较高时
P 0.98 1.0
53
③ λT —温度系数（由于吸热使进气量减少的程度）
λT与冷却好坏、该级的压比有关。
取λT =0.92－0.98。 ④ λl —由于泄漏使排气量减少的程度
λl有关 一般取
气 缸 的 排 列 方 式
转 气
缸与 速n
活
塞
杆
的
直
径
气 体 压 力p
气 体 性 质
2.1.1.1机构学原理和构成
1-气缸盖 2-排气阀 3-进气阀 4-气缸 5-活塞 6-活塞环 7-冷却套 8-连杆 9-曲轴
7
1-连杆；2-曲轴； 3-中间冷却器； 4-活塞杆； 5-气阀；6-汽缸； 7-活塞；8-活塞环； 9-填料；10-十字头 11-平衡重；12-机身
L型空气压缩机（2列2级）
p１V１kv p V kv C ,
kT 1
T2 T1
p2 p1
kT
1
V2 V1
Z2 Z1
p1 p2
kT
容积等熵指数：kV（气体性质、温度、压力），变化较大， 不常用。
温度等熵指数：kT（气体性质、温度、压力），双原子、三 原子气体，变化小，与理想气体的等熵指数ｋ接近。 42
例题：在一石油气压缩机气缸中一次的进气量为2 m3 ，
1
V 1 m 1 0
1
1
0.1 1.25
1
0
20
51
（2）λp —压力系数(由于压力降低使进气量 减少的程度)
p
pa p1
pa——吸气结束时 的压力
λp与进气阀关闭状态时的弹簧力、进气管道中的压力波 动有关。
思考：如 何影响？
52
一般取： •第一级常压进气时
P 0.95 0.98
§2容积式压缩机
压缩机分类图 -----主要讲往复式压缩机
容积式压缩机
容积式压缩机的原理 依靠工作容积的周期性变化来实现气体的 增压和输送。
容积式压缩机的代表 活塞式压缩机（往复式压缩机） 回转式压缩机（螺杆、滑片）
容积式压缩机的特点
①机器转速的改变对工作容积的变化规律没直接影响， 工作容积的变化规律只取决于机构的尺寸，故压力与 流量关系不大，工作稳定性较好。 ②气体的吸入、排出靠工作腔容积变化，与气体性质 无关，故适应性强、易达到较高压力。 ③机器热效率高（因为泄漏少）。 ④结构复杂，往复式的易损件较多。 ⑤气体的吸入和排出是间歇的，故气体脉动大，易引 起气柱、管道振动。
n
1
J kg
35
例题：在一石油气压缩机气缸中一次的进气量为2 m3 ，
开始进行压缩时，气体温度为38 oC，绝对压力为 1.0105 Pa ，今拟将其压缩到 2.6105 Pa，如根据气缸
不同的冷却情况，分别将压缩过程考虑为等温、等熵
（k=1.24）及n=1.2的多变过程，试求：等温、等熵、多
变解过：程w i的is理论p循1v1环ln指pp12示功。1
105
2
ln
2.6 105 1 105
191.1
kJ
1）等温过程功为： w ad
1 1
p1v
1
(
p2 p1
1
)
1
1 1.24
1
1
105
2(
2.6 105 1 105
1.24 1
) 1.24
1
209KJ
等熵过程功为： w pol
n
n
1
pv1
p2 p1
n 1
n
1
1.2 1.2
1
1
105
2
2.6 105 1 105
1.2 1
1.2
1
207kJ
W等熵 W多变 W等温
结果比较：
36
n=1，等温压缩； n=k，绝热过程； n<k，多变过程 n>k，气体吸热过程
结论：等温过程最省功
37
•二、压缩机级的实际循环
0 s d，见P22图2 -14
1d 1 s
(1 0 )
压缩机级的实际循环指示功为
Wi
n n 1
p11
s
VS V
1
0
n1 n
1
56
其中
0.95 0.99 k ___ 低压级
过程 指数
n
k ＜k
___ 高压级 ___ 气缸冷却好
1.11.2 ___ 气缸喷液冷却，氟里昂压缩介质
12
往复式压缩机的典型结构
• 2.1.1.2总体构成和组成
二、传动部分 作用：把电动机的旋转运动转化为活塞的往 复运动。 组成：曲轴、连杆、十字头、活塞杆、十字 头销、曲柄销
作用：运动转换、力（矩）传递 结构：大头、小头、杆身
• 2.1.1.2总体构成和组成
三、机身部分 支承（连接）气缸、传动部分
1.级的实际循环的特点： 1）有余隙存在 （1）活塞与汽缸盖之间的间隙 （2）汽缸至气阀的通道 （3）汽缸与活塞间的间隙在第一道活塞环前的部 分 （4）活塞杆与汽缸座孔间在填料以前的部分 后果：这部分残留的高压气体要先膨胀到低于名 义吸气压力后才能吸气。 思考：是否可以完全消除余隙容积？
38
2）进、排气通道及气阀有阻力 后果：实际的吸气压力低于名义值；实际 排气压力高于名义值。
四、辅助部分 润滑、冷却、调节、安全阀、消音器、滤清 器、缓冲器
17
2.1.1.4压缩机结构形式
根据汽缸轴线与水平面的位置关系分类
立式压缩机
一般卧式
分 类
卧式压缩机
对动型 对置式 M型
H型
及
形
V型
式
L型 角度式压缩机 W型
扇型
星型
19
立式压缩机
卧式压缩机
对动型
对置型
角度式压缩机>>V型
•各种压缩机适用范围
本章主要内容
2.1 往复压缩机基本构成和工作过程 2.2 往复压缩机热力和动力性能 2.3 往复压缩机气阀和密封 2.4 往复压缩机调节和其他附属系统 2.5 往复压缩机选型和结构实例 2.6 回转式压缩机
§2.1往复压缩机的 基本结构和工作过程
§2.1.1基本构成和工作原理
开始进行压缩时，气体温度为38 oC，绝对压力为
1.0105 Pa ，今拟将其压缩到 2.6105 Pa，如根据气缸
不同的冷却情况，分别将压缩过程考虑为等温、等熵
（k=1.24）及n=1.2的多变过程，试求：等熵压缩及多变
压缩终了时的气体温度。
解： 等熵压缩终了温度：
T2
T1(
pp121)）1等温 (过27程3 功3为8)(：21.6
气体在膨胀过程中吸收的热量越少，m越大，进气量越多。
50
例题：有一单级往复式空气压缩机，压缩比为6，进气温 度为25℃，膨胀过程指数为1.25，相对余隙容积为0.1。 求：1）压缩机的容积系数；2）V = 0时的压缩比。
解：1）
1
V
1 m
1
1
1
0.1
61.25
1
0.68
2） V = 0，即
随着单级压力比的提高，实际压缩过程越来越 偏离等温压缩，即耗功增加。 理论上，级数越多，越接近等温压缩，越省功。
1.241
) 1.24
374 .16K
101 .1o C
多变压缩终了温度：
T2
等T1熵( pp过12 )程nn1功为 (：273
38)(
2.6
1.201
) 1.20
1
364 .6K
91.1o C
结果比较：T等熵 T多变 T等温
级的实际循环指示图
ps、pd — 名义进、排气压力
Vc — 余隙容积 Vs — 理论循环进气量（行程 容积）
45
影响排气量的因素
（1） λv —容积系数(由于余隙容积中气体膨 胀使进气量减少的程度)
理想气体 ：
V
VS1 VS
VS
V1 VS
1 V1 VS
1
Vc VS
1 m
1
1
1 m
1
— 相对余隙容积， Vc /Vs ; — 名义压力比， p2 / p1；
m — 膨胀过程指数
46
实际气体：
3）气体与汽缸各接触面有温差
吸气：T气体<T器壁，气体吸热； 排气： T气体>T器壁，气体放热 压缩：吸热压缩（初始阶段）——放热压缩 膨胀：与压缩过程相反
有哪些密 封？
4）汽缸容积不可能绝对密封，可能存在泄漏
5）进、排气阀阀腔不是无限大，有压力波动；
6）在某些特殊条件下使用的压缩机进、排气 压力可能有变化。
有 无
润 润
滑 滑
油 油
：l ：l
0.90－0.98 0.85－0.95
54
• 3、压缩机级的实际循环指示功
p′2
p′1
p1、p2 — 简化后的实际 进、排气压力55
令 p2 实际压比 p2 名义压比
p1
p1
s
p1 p1
进气压力相对损失
d
p2 p2
排气压力相对损失
0 进排气过程中总的相对压力损失
32
几个概念
行程容积：活塞一个行程所扫过的容积 =活塞截面积×行程 Vs ApS
理论进气量— =行程容积
V1 Vs
功—
W F • S p Ap S pV
理论循环指示功——完成一个理论工作循环 所消耗的外功；即示功图中封闭循环包含的 面积。
Wi
p2 Vdp
p1
J
34
热
力 过
过程方程