1、压缩机工作原理及工作过程

无油工艺螺杆压缩机
注 油 回 充 进 氮 气 充 氮 注 油
回 油 排 气
回 油 进 气
内容
单螺杆压缩机
滚动活塞压缩机
涡旋压缩机
Scroll Compressor
涡旋压缩机工作过程
涡旋式压缩机
滑片式压缩机
旋叶压缩机Rotary Vane Compressor
罗茨压缩机（鼓风机）
名 称 • • • • • 鼓风机 低压压缩机 中压压缩机 高压压缩机 超高压压缩机
排气压力范围（绝压） ＜ 2×105Pa (3～10) ×105Pa (10～100) ×105Pa (100～1000) ×105Pa ＞ 1000 ×105Pa
活塞式压缩机
容积式压缩机：使气体容积缩 小，以提高气体的压力。
离心压缩机
离心压缩机叶轮加工
轴流式压缩机的级：动叶和静叶
透平式压缩机的特点是：
• • • • • • 流量大，单级压比小，级数多 转速高 机器的体积小，重量轻； 排气平稳，没有气流脉动； 结构简单，维修方便； 排气量和排气压力的适应性差，最小流量和最高压力不能同 时满足； • 运转状况欠稳定，性能随工况条件变化较大； • 气体性质的影响较大，难以实现轻气体压缩
压力、真空均可表示为绝压或表压
压力
表压Px (g)
绝压Px+1 (a)
大气压力 真空度
表压为负 Px (g) 绝压Px+1(a)
零绝对压力
• 一个标准大气压 1atm=101325Pa=101.325kPa=0.101325MPa≈0.1MPa 单圈弹簧管式压力表测量的是相对压力，指针是顺时针变化， 起始点0表示一个大气压0.1MPa，比如指示为1 MPa，表示 比大气压高1 MPa，绝对压力应是1+0.1MPa。
pv RT
• 实际气体：实际气体能否按理想气体来处理，主 要决定于气体所处的状态及分析计算的要求。
– 如在10MPa以下、常温以上，单原子、双原于气体在压 缩机设计中常按理想气体处理。氢、氧、氮、空气等 临界温度大大低于环境温度，低于10MPa可作为理想气 体； – 临界温度接近常温的二氧化碳、乙烯、氨，制冷工质 等极易液化的气体，一般不能作为理想气体。
压缩机压力提高的原理
• 透平式压缩机：依靠气流与叶轮的相互作用，将机械 功变为气体的动能和压力能； • 容积式压缩机：使气体容积缩小，以提高气体的压力。 • 通风机：压力在10－2MPa以下 • 鼓风机：压力在10－2MPa至10－1MPa • 压缩机；压力在10－1MPa以上 （以上均指表压）
按所能达到的排气压力分
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压缩机的主要性能参数
• 吸气压力 Suction Pressure 排气压力 Discharge Pressure 注意： 表压(g) 绝压（a) 特别要注意表压和绝压 换算：1MPa=10bar=10.1972kgf/cm2=145.04lbf/in2(psi)
• 排气量（容积流量）Delivery Volume 定义：额定排气压力下压缩机单位时间吸入的自由空气容积。 单位:m3/min， Nm3/min(1ata,0℃), m3/h, cfm(ft3/min）, 换算： 1m3/min=35.31467cfm
往复式压缩机特点
• 强制输气，对工况适应性好 • 运动部件多，结构复杂，维修工作量大
• 受力不均衡，往复惯性力不能完全平衡， 要求基础较大 • 压缩气体不是连续排出，有脉动
• 可大可小，应用范围广，主要向中压及高 压方向发展，其它机种无法替代
隔膜压缩机
回转式压缩机是工作容积作旋转动动的容积式压缩机。气体压缩和压力变化是 依靠容积变化来实现的，而容积的变化又是通过压缩机的一个或几个转子在气 缸里作旋转远动来达到的，与往复压缩机不同的是，其容积在周期性地扩大和 缩小的同时，空间位置也在不断变化。兼有透平、往复压缩机特点。
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理想气体混合物的热力性质与热力过程
• 混合气体的比热、内能、焓、熵分别等于 各气体组分的比热、内能、焓、熵之和，
c u h s
• 转速较高，机器外形尺寸小，振动小，排气较均 匀； • 不需气阀，结构简单； • 因没有气阀，可在被压缩气体中注入液滴，在压 缩过程中起冷却作用，降低压缩终了温度和压缩 机耗用功率； • 某些回转压缩机组成工作容积的各个壁面相互不 直接接触，可不用油润滑，因而气体不受污染， 如罗茨鼓风机、螺杆压缩机等。
Vd—压缩机排气口Pd,Td下单位时间的气体容积量 V—压缩机的排气量，将Vd转换到吸气状态Ps,Ts的流量
由气体状态方程 Pd Vd=mRTd
Ps V=mRTs
(m是压缩机的质量流量,不随状态变化)
• 问题1：为什么压缩机 吸入流量Vs不直接就 是压缩机排气量V? • 问题2：压缩机标准状 态排气量V0是什么？ 它与Vs， V的关系？
例：某化工厂欲订购一 台人口0.2MPa,出口 0.8MPa，气量 60m3/min的压缩机， 提供的这些信息有哪 些错误？ • 绝压还是表压 • 入口温度 • 什么流量
故得 V=V0(P0Ts/ PsT0)
空气压缩机的主要参数性能（续）
• 含油量 ppm(百万分之一） • 噪声声压级 Noise Level: 分贝（A), dB(A) • 比功率Specific Power：指定排气压力下单位排气量所消耗的 功率, 单位 kw/m3/min • 配套电动机 Electric Motor 型号 Model 转数 Rotation Speed: r/min(rpm) 电压 Voltage (V) 频率 Frequency (Hz)
理想气体混合物的热力性质与热力过程
理想气体混合物仍遵循理想气体状态方程， 这里的为混合气体中各气体组分物质量的总 和，R是混合气体的平均气体常数
n ni R0 R ni i n
i为气体组分的摩尔数和分子量； 式中，ni、 为混合气体的平均分子量。
风冷机组流程图
水冷机组流程图
AIR FILTER
MOTOR
DRYER
学员问题：螺杆压缩机、罗茨风机维护
• 转子外圆气缸之间的间隙 • 转子与转子之间的间隙
• 转子侧面与气缸之间的间隙（特别是螺杆 压缩机的排气端） • 同步齿轮啮合状况 • 轴承润滑状况 • 轴封
理想气体与实际气体
• 理想气体
功率 Power: kw, ps(公制马力) ,Hp(英制马力) 1kw=1.35962ps=1.34102Hp
电动机功率确定
W--电动机功率，单位kW
W=1.732IUCOSφ 式中： I--电动机电流，单位A U--电压，单位kV COSφ--电动机功率因数 （为什么有它）
压缩机的主要参数性能（续）
W=(c2－Co2)/2g+(P/d－Po/do)/2g
式中C、Co－终态、初态气体速度 P、Po －终态、初态气体压力 d、 do －终态、初态气体密度 g－重力加速度 W－机械功
速度能可转换为压力能
压缩机的分类
• 透平压缩机 Turbine Compressor 离心压缩机 Centrifugal Compressor 轴流压缩机 Axial-flow Compressor • 容积压缩机 Positive Displacement Compressor 往复压缩机 Reciprocating Compressor 膜式压缩机 Diagraph Compressor 螺杆压缩机 Screw Compressor 滑片压缩机 Rotary Vane Compressor 涡旋压缩机 Scroll Compressor
理想气体混合物的热力性质与热力过程
混合气体的压力遵循道尔顿分压定律，混合 气体压力等于各组分分压力之和
p
p
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混合气体的总容积等于各组分分容积之和
V
V
i
理想气体混合物的热力性质与热力过程
• 混合气体的质量成分（ x m / m ）、容积成分 （ z i Vi / V）、 摩尔成分（y n / n ） 间存 在如下关系
压缩机每级的排气温度 Td= T Se(n-1)/n 式中 T S－该级的吸气温度； e－该级压比，排气压力与吸气压 力之比 n－级的压缩过程指数，取决物性、能量损失 喷油压缩机Td不大于120℃ 非喷油压缩机Td不大于180℃ 特殊气体有不同要求
各类压缩机的应用范围
压缩机的分类
空气压缩机 Air 喷油压缩机 Oil-injection 压缩机
压缩机原理及工作过程
• 压缩机压力提高的原理
• 各种压缩机的工作过程（离心式、轴流式、 往复式、螺杆式、转子式、涡旋式、滑片式、 罗茨式） • 压缩机的主要技术参数及性能指标 • 压缩机的级（段）
学员问题：
我公司还拥有2台离心式压缩机及3台立式活 塞氧压机，想多学习了解日常维护的相关 知识，维修时的难点和注意事项。
压缩机的应用
• 制冷空调压缩机 家用空调压缩机 冰箱压缩机 汽车空调压缩机 中央空调（制冷）压缩机 • 空气压缩机 气体压缩机 • 液体泵 • 真空泵 • 膨胀机 • 发动机

固定压缩机 Fixed Package
移动压缩机 Portable
制冷压缩机 Refrigeration
工艺压缩机 Process
开启 Open Type 半封闭 Semi-hermetic 全封闭Hermetic
空气压缩机 无油压缩机 Oil-free 干式压缩机 Dry 工艺压缩机
空气压缩机
喷水压缩机 工艺压缩机 Water-injection
• 单圈弹簧管式真空表测量的也是相对压力，指针是逆时针 变化，起始点0表示一个大气压0.1MPa，若指示数为Px（应 是负值），绝对压力P=Px＋0.1MPa。 比如， 指示数为Px=－0.02MPa=－20kPa=－20000kPa， 绝对压力P=Px＋0.1MPa=80 kPa。
思考
• 某压缩机吸入压力为真空，真空表读数为 0.04MPa,排气压力表读数为0.14MPa，该压 缩机的压比为多少？ • （0.1+0.14)/(-0.04+0.1)=4
x c xu x h x s
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• 而混合气体的绝热指数满足
1 k 1

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冷却方式 驱动方式 传动方式
◎水冷 Water-cooling:固定式大中型机组（55kw以上） 风冷 Air-cooling：移动式机组、固定式小型机组 ◎电机驱动 Driven by Electrical Motor：固定式 柴油机驱动 Driven by Diesel Engine：移动式 气（汽）轮机Driven by Turbine 大型工艺压缩机 ◎直联 Coupling 皮带传动 Belt Transmission 齿轮传动 Gear Transmission：大型机组 ，55kw以上
理想气体的过程方程统一表达为
pv
n
const
对质量一定容积内的气体，表明容积缩小则压力提高。
n=n,多变过程 n=0,等压过程，（冷却器） n=1,等温过程，（低速压缩机） n=k,绝热过程，（高速压缩机）
透平式压缩机：依靠气流与叶轮的相互作用， 将机械功变为气体的动能和压力能
单位质量理想气体的伯努利方程 （加入气体的机械功等于其动能增加与压力能增加之和）
回转式压缩机
• 机器有形状不规则的、长度较大的密封边缘，一 般只能靠较高的制造精度来保证密封 • 所能达到的压力受密封效果的限制,排气压力不超 过4MPa • 强制排气，变工况性能好 • 缺点是噪声较大： • 广泛用于空气压缩机、制冷压缩机
螺杆式压缩机
典型主机结构
典型主机结构（带增速齿轮）
无油工艺螺杆压缩机（带同步齿轮）
故得 V=Vd(PdTs/ PsTd) Ts=273+ts Td=273+td
压缩机标准排气量V0—压缩机的排气量V转换到标准状态P0,T0， 它代表压缩机实际质量流量 单位: Nm3/min或Nm3/s, Nm3/h
由气体状态方程 P0 V0=mRT0
Ps V=mRTs
(m是压缩机的质量流量,不随状态变化)