空气压缩机特性分析
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为了克服往复式压缩机的弱点，他理想中的压缩机必须是一种没有 金属接触的旋转式压缩机； 为了克服离心式压缩机的弱点，它必须是一种正位移（容积式）压 缩机；
于是一种旋转容积式压缩机诞生了，这种压缩机有稳定的热力学性能， 稳定的操作性和低的功耗。
… 可靠性极高
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不同压缩机的特性
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螺杆压缩Байду номын сангаас的起源
在20世纪30年代，压缩空气或气体的用户只有两种主要选择： 往复式和离心式
往复式属于正位移（容积式）压缩机，热力学性能稳定，效率高，但是…
– 他们需要昂贵的地基和安装费用 – 他们需要大量的维护工作，维护费高，停机时间长 – 随着使用时间的推移流量逐步下降 – 他们不适合压缩较脏的气体
P2/P1
P2/P1:
进口空气温度和质量流量(密度)的变化 对容积式压缩机的功耗没有影响
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压缩机特性
动力式压缩机
影响压缩机性能的参数
Hp.m Power P = h
其中: Hp : 压力头 m : 质量流量 h : 等温效率 影响压缩机功率的参数: T : M: 进口温度 质量流量 压比
流量
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压缩机特性
正位移(容积)式压缩机
影响压缩机性能的参数
n -1 n P n Power P = P1 . V1 . {( 2 ) -1 } P1 n -1 其中: P P1 V1 n : : : : 功率 进口压力 进口体积 绝热指数 : 压比 影响压缩机功率的参数: P1 V1 量!) : : 进口压力 容积流量 (不是质量流 压比
压缩机特性
离心和螺杆式压缩机的性能曲线
动力式压缩机的软特性：
容积式压缩机的硬特性：
性能与环境温度密切相关
性能与环境温度无关
无油螺杆 喘振控制线 在 25°C 1 bar(a) 在 35°C 0.97 bar(a)
压 力
喘振线
放空区
B DA
O
流量
6 0
75
82
100
功 率
无油螺杆
流量
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S
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压缩机特性
动力式压缩机－不稳定的热力学性能
不稳定的热力学性能可表述为:
压力升高则流量下降 进口空气温度降低
- 容积流量基本不变，轴功率却上升 - 质量流量将会上升 - 可以产生更高的排气压力
减少转速将使排气压力迅速下降 压缩机只能在一个相对狭窄的范围内运行 (在喘振和滞止点之间) 排气压力升高使压缩机更接近喘振区
压缩机特性
离心式压缩机软特性
进气压力的影响
进气压力下降将使流量 下降，反之亦然。
排气压力 100 %
输入功率 100 % 进气压力下降将使输入 功率下降， 反之亦然。
吸入流量 (质量) 100
%
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压缩机特性
离心式压缩机软特性
进气温度的影响
设计点 进气温度下降将使流量上升 排气压力 100 %
P2/P1 :
在冬天质量流量上升，动力式压缩机功耗也上升
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压缩机特性
动力式压缩机－速度的影响
动力式压缩机建立起的压力与速度的平方成正比。即：
2 P
叶轮速度的下降 将导致压力下降
所以如果频率下降 3% 每一级的出口压力将减少 6%，三级的压缩机将总 计下降18%。
离心式压缩机（三级压缩）
• 大齿轮
• •
•
高速轴承 (4) 低速轴承 (2)
小齿轮 (2)
螺杆压缩机的起源
• Atlas Copco 最先采用了这一基本原理，经过大量研究后于1957年推出 了U-系列无油螺杆压缩机. 许多机器至今仍在世界各地使用。 在1970年代，Atlas Copco研究中心, 位于日内瓦的Cerac研究所, 设计出 革命性的非对称螺杆型线并获得专利。 在1980年代 Atlas Copco推出了闻名于世的，性能更优异的X型线。 在1990年代 Atlas Copco又推出了改进型 SAP型线。
•
• •
现在在世界上生产和销售的压缩机10台中有9台是
螺杆式压缩机
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压缩机特性
动力式和容积式压缩机的性能曲线
动力式 压缩机
动力式压缩机的软特性： 压力与流量相关
压力
正位移 (容积式) 压缩机
容积式压缩机的硬特性： 压力与流量无关
流量
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进气温度上升将使流量下降
输入功率 100 %
进气温度下降将使输入功率上升
进气温度上升将使输入功率下降
吸入流量 (质量) 100
%
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压缩机特性
离心式压缩机软特性
冷却水温度的影响
冷却水温度下降将使 流量上升 排气压力 100 % 冷却水温度上升将 使流量下降
离心式 只需要很少的维护，但是 …
– 他们需要昂贵的地基和安装费用 – 他们的热力学性能不稳定 – 操作范围受到喘振的限制
– 他们对灰尘非常敏感，完全不适合压缩较脏的气体
– 即使在叶轮上黏附了几微米的灰尘性能也会显著下降
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螺杆压缩机的起源
瑞典皇家科学院的 Lysholm 教授在以下假设的基础上为发现一种理想的压缩 系统而做了大量研究：
输入功率 100 %
冷却水温度下降将使输 入功率上升
冷却水温度上升将使输 入功率下降
吸入流量 (质量) 100
%
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压缩机特性
动力式压缩机
只能在喘振点和滞止点之间运行
压力
喘振
喘振点 由过高的背压引 起的流量中断(流 量波动)
滞止点
滞止 (堵塞)
在某一转速下压 缩机所能输出的 最大流量
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压缩机特性
动力式压缩机与活塞式压缩机的机械运转维护点比较
活塞式压缩机（两级压缩）
• • • • • • • • • • • • V型驱动皮带 (6根) 曲轴 主轴承 (2个) 连杆大端轴承(2) 连杆 (2) 连杆小端轴承(2) 十字头 (2) 支承环 (2 组) 活塞 (2) 活塞环 (8) 气缸 (2) 气阀 (进口/出口) (20)
于是一种旋转容积式压缩机诞生了，这种压缩机有稳定的热力学性能， 稳定的操作性和低的功耗。
… 可靠性极高
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不同压缩机的特性
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螺杆压缩Байду номын сангаас的起源
在20世纪30年代，压缩空气或气体的用户只有两种主要选择： 往复式和离心式
往复式属于正位移（容积式）压缩机，热力学性能稳定，效率高，但是…
– 他们需要昂贵的地基和安装费用 – 他们需要大量的维护工作，维护费高，停机时间长 – 随着使用时间的推移流量逐步下降 – 他们不适合压缩较脏的气体
P2/P1
P2/P1:
进口空气温度和质量流量(密度)的变化 对容积式压缩机的功耗没有影响
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压缩机特性
动力式压缩机
影响压缩机性能的参数
Hp.m Power P = h
其中: Hp : 压力头 m : 质量流量 h : 等温效率 影响压缩机功率的参数: T : M: 进口温度 质量流量 压比
流量
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正位移(容积)式压缩机
影响压缩机性能的参数
n -1 n P n Power P = P1 . V1 . {( 2 ) -1 } P1 n -1 其中: P P1 V1 n : : : : 功率 进口压力 进口体积 绝热指数 : 压比 影响压缩机功率的参数: P1 V1 量!) : : 进口压力 容积流量 (不是质量流 压比
压缩机特性
离心和螺杆式压缩机的性能曲线
动力式压缩机的软特性：
容积式压缩机的硬特性：
性能与环境温度密切相关
性能与环境温度无关
无油螺杆 喘振控制线 在 25°C 1 bar(a) 在 35°C 0.97 bar(a)
压 力
喘振线
放空区
B DA
O
流量
6 0
75
82
100
功 率
无油螺杆
流量
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S
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压缩机特性
动力式压缩机－不稳定的热力学性能
不稳定的热力学性能可表述为:
压力升高则流量下降 进口空气温度降低
- 容积流量基本不变，轴功率却上升 - 质量流量将会上升 - 可以产生更高的排气压力
减少转速将使排气压力迅速下降 压缩机只能在一个相对狭窄的范围内运行 (在喘振和滞止点之间) 排气压力升高使压缩机更接近喘振区
压缩机特性
离心式压缩机软特性
进气压力的影响
进气压力下降将使流量 下降，反之亦然。
排气压力 100 %
输入功率 100 % 进气压力下降将使输入 功率下降， 反之亦然。
吸入流量 (质量) 100
%
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离心式压缩机软特性
进气温度的影响
设计点 进气温度下降将使流量上升 排气压力 100 %
P2/P1 :
在冬天质量流量上升，动力式压缩机功耗也上升
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动力式压缩机－速度的影响
动力式压缩机建立起的压力与速度的平方成正比。即：
2 P
叶轮速度的下降 将导致压力下降
所以如果频率下降 3% 每一级的出口压力将减少 6%，三级的压缩机将总 计下降18%。
离心式压缩机（三级压缩）
• 大齿轮
• •
•
高速轴承 (4) 低速轴承 (2)
小齿轮 (2)
螺杆压缩机的起源
• Atlas Copco 最先采用了这一基本原理，经过大量研究后于1957年推出 了U-系列无油螺杆压缩机. 许多机器至今仍在世界各地使用。 在1970年代，Atlas Copco研究中心, 位于日内瓦的Cerac研究所, 设计出 革命性的非对称螺杆型线并获得专利。 在1980年代 Atlas Copco推出了闻名于世的，性能更优异的X型线。 在1990年代 Atlas Copco又推出了改进型 SAP型线。
•
• •
现在在世界上生产和销售的压缩机10台中有9台是
螺杆式压缩机
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压缩机特性
动力式和容积式压缩机的性能曲线
动力式 压缩机
动力式压缩机的软特性： 压力与流量相关
压力
正位移 (容积式) 压缩机
容积式压缩机的硬特性： 压力与流量无关
流量
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进气温度上升将使流量下降
输入功率 100 %
进气温度下降将使输入功率上升
进气温度上升将使输入功率下降
吸入流量 (质量) 100
%
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压缩机特性
离心式压缩机软特性
冷却水温度的影响
冷却水温度下降将使 流量上升 排气压力 100 % 冷却水温度上升将 使流量下降
离心式 只需要很少的维护，但是 …
– 他们需要昂贵的地基和安装费用 – 他们的热力学性能不稳定 – 操作范围受到喘振的限制
– 他们对灰尘非常敏感，完全不适合压缩较脏的气体
– 即使在叶轮上黏附了几微米的灰尘性能也会显著下降
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螺杆压缩机的起源
瑞典皇家科学院的 Lysholm 教授在以下假设的基础上为发现一种理想的压缩 系统而做了大量研究：
输入功率 100 %
冷却水温度下降将使输 入功率上升
冷却水温度上升将使输 入功率下降
吸入流量 (质量) 100
%
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压缩机特性
动力式压缩机
只能在喘振点和滞止点之间运行
压力
喘振
喘振点 由过高的背压引 起的流量中断(流 量波动)
滞止点
滞止 (堵塞)
在某一转速下压 缩机所能输出的 最大流量
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压缩机特性
动力式压缩机与活塞式压缩机的机械运转维护点比较
活塞式压缩机（两级压缩）
• • • • • • • • • • • • V型驱动皮带 (6根) 曲轴 主轴承 (2个) 连杆大端轴承(2) 连杆 (2) 连杆小端轴承(2) 十字头 (2) 支承环 (2 组) 活塞 (2) 活塞环 (8) 气缸 (2) 气阀 (进口/出口) (20)