容積式壓縮機,過程流體機械課件,過程裝備要控制工程

1、過程流體機械二 九 年 十 月山東科技大學機械電子工程學院山東科技大學機械電子工程學院第二章 容積式壓縮機主 要 內(nèi) 容一 往復壓縮機概述二 往復壓縮機的工作過程三 熱力性能四 動力性能五 氣閥和密封六 調(diào)節(jié)方式及其控制七 選型八 回轉(zhuǎn)式壓縮機一 往復壓縮機概述往復壓縮機的總體結(jié)構(gòu)往復壓縮機的總體結(jié)構(gòu)往復壓縮機的工作原理往復壓縮機的工作原理往復壓縮機的特點往復壓縮機的特點一 往復壓縮機概述1. 總體結(jié)構(gòu)總體結(jié)構(gòu)組成：組成：u 氣缸氣缸u 活塞（活塞環(huán)）活塞（活塞環(huán)）u 進、排氣閥進、排氣閥u 連桿連桿u 曲軸曲軸一 往復壓縮機概述組成：組成：氣缸、氣缸、 活塞活塞( (活塞環(huán)活塞環(huán)) )、進排

2、氣閥、進排氣閥、活塞桿、活塞桿、 十字頭十字頭( (銷銷) )、連桿、連桿、 曲軸、曲軸、一 往復壓縮機概述L型型空空氣氣壓壓縮縮機機組成：組成：u氣缸氣缸u活塞（活塞環(huán)）活塞（活塞環(huán)）u進排氣閥進排氣閥u活塞桿活塞桿（填料）（填料）u十字頭十字頭u曲軸曲軸u連桿連桿u平衡重平衡重u中間冷卻器中間冷卻器一 往復壓縮機概述u 工作腔部分：處理氣體工作腔部分：處理氣體 氣缸（缸蓋）氣缸（缸蓋） 活塞（活塞環(huán)、活塞桿或填料密封）活塞（活塞環(huán)、活塞桿或填料密封） 氣閥（進氣閥和排氣閥）氣閥（進氣閥和排氣閥）u 傳動部分：驅(qū)動活塞往復運動傳動部分：驅(qū)動活塞往復運動 曲軸曲軸 連桿連桿 十字頭（銷）十字頭

3、（銷）u 機身部分：支撐氣缸與傳動部分機身部分：支撐氣缸與傳動部分u 輔助設備輔助設備 潤滑系統(tǒng)潤滑系統(tǒng) 冷卻系統(tǒng)（缸套、中間冷卻器）冷卻系統(tǒng)（缸套、中間冷卻器） 管路系統(tǒng)管路系統(tǒng)往復壓縮機的基本結(jié)構(gòu)組成：往復壓縮機的基本結(jié)構(gòu)組成：一 往復壓縮機概述 機身機身 氣缸體氣缸體 氣缸蓋氣缸蓋 氣缸座氣缸座 一 往復壓縮機概述活活塞塞與活塞桿相連與活塞桿相連與連桿相連與連桿相連一 往復壓縮機概述活塞環(huán)和活塞桿活塞環(huán)和活塞桿一 往復壓縮機概述氣氣 閥閥一 往復壓縮機概述曲曲 軸軸平衡重平衡重一 往復壓縮機概述連連 桿桿一 往復壓縮機概述連桿的連接連桿的連接一 往復壓縮機概述十字頭及銷十字頭及銷填料密封

4、填料密封一 往復壓縮機概述一 往復壓縮機概述2. 往復壓縮機的工作原理往復壓縮機的工作原理一級（或一一級（或一個循環(huán)）：個循環(huán)）： 進氣進氣 壓縮壓縮 排氣排氣往復式壓縮機往復式壓縮機雙作用式氣缸雙作用式氣缸一 往復壓縮機概述左氣缸左氣缸進氣進氣壓縮壓縮(排氣排氣)右氣缸右氣缸壓縮壓縮(排氣排氣) 進氣進氣往復式壓縮機往復式壓縮機級差式氣缸級差式氣缸一 往復壓縮機概述一 往復壓縮機概述3. 往復壓縮機的特點往復壓縮機的特點l 排氣壓力與流量的關系不大，排氣壓力與流量的關系不大，工作穩(wěn)定性較好；工作穩(wěn)定性較好；l 工作性能與氣體性質(zhì)關系不大，工作性能與氣體性質(zhì)關系不大，故適應性較強；故適應性較強

5、；l 容易達到較高的壓力；容易達到較高的壓力；l 熱效率較高；熱效率較高；n 結(jié)構(gòu)較復雜，易損壞零件較多結(jié)構(gòu)較復雜，易損壞零件較多n 氣體吸入和排出是間歇的，容氣體吸入和排出是間歇的，容易引起氣柱及管道的振動。易引起氣柱及管道的振動。各類壓縮機的適用范圍各類壓縮機的適用范圍二 往復壓縮機的工作過程 壓縮機的理論循環(huán)壓縮機的理論循環(huán) 壓縮機的實際循環(huán)壓縮機的實際循環(huán)多級壓縮多級壓縮壓縮機的理論循環(huán)1. 基本概念基本概念一級：一級：被壓縮氣體進入工作腔完成一次氣體壓縮稱為一級，被壓縮氣體進入工作腔完成一次氣體壓縮稱為一級，包括進氣、壓縮、排氣等過程，也稱為一個工作循環(huán)。包括進氣、壓縮、排氣等過程，

6、也稱為一個工作循環(huán)。進程：進程：活塞向活塞向“外止點外止點”運動時，稱為進程。運動時，稱為進程?；爻蹋夯爻蹋夯钊蚧钊颉皟?nèi)止點內(nèi)止點”運動時，稱為回程。運動時，稱為回程。行程：行程：活塞從一個止點到另一個止點的距離稱為行程活塞從一個止點到另一個止點的距離稱為行程“s”。外止點外止點內(nèi)止點內(nèi)止點u 氣體通過進排氣閥時無壓力損失，進、排氣壓力氣體通過進排氣閥時無壓力損失，進、排氣壓力沒有波動，保持恒定；沒有波動，保持恒定；u 在排氣過程終了時，缸內(nèi)的氣體被全部排出；在排氣過程終了時，缸內(nèi)的氣體被全部排出；u 工作腔作為一個孤立體與外界無熱交換；工作腔作為一個孤立體與外界無熱交換；u 氣體壓縮過程

7、指數(shù)為定值；氣體壓縮過程指數(shù)為定值；u 氣體無泄漏。氣體無泄漏。2. 理論循環(huán)的特征理論循環(huán)的特征壓縮機的理論循環(huán)壓縮機的理論循環(huán)4123外止點外止點內(nèi)止點內(nèi)止點4 1：進氣過程：進氣過程1 2：壓縮過程：壓縮過程2 3：排氣過程：排氣過程理論工作循環(huán)過程：理論工作循環(huán)過程：壓容圖壓容圖3. 理論工作循環(huán)過程理論工作循環(huán)過程壓縮機的理論循環(huán)4. 理論循環(huán)的壓縮功理論循環(huán)的壓縮功（1）理論進氣量）理論進氣量V1和行程容積和行程容積VS壓縮機的理論循環(huán)（2）指示功（循環(huán)消耗的外功）指示功（循環(huán)消耗的外功）Wi21212211ppVViVdppdVVpVpW1111211kkippkkVpW絕熱壓縮

8、理論循環(huán)指示功：絕熱壓縮理論循環(huán)指示功：等溫壓縮理論循環(huán)指示功：等溫壓縮理論循環(huán)指示功：1211lnppVpWi多變壓縮理論循環(huán)指示功：多變壓縮理論循環(huán)指示功：1111211mmippmmVpW其中，其中，K為絕熱指數(shù)為絕熱指數(shù)其中，其中，m為過程指數(shù)為過程指數(shù) 從壓縮機的功耗看：等溫壓縮過程的功耗最少，絕熱從壓縮機的功耗看：等溫壓縮過程的功耗最少，絕熱壓縮的功耗最多。壓縮的功耗最多?！啊北硎就饨缱鞴Ρ硎就饨缱鞴 任何工作腔都存在余隙容積；任何工作腔都存在余隙容積；壓縮機的實際循環(huán)1. 實際循環(huán)的特點實際循環(huán)的特點（容積系數(shù)）（容積系數(shù)）排氣閥排氣閥余隙容積余隙容積氣缸蓋氣缸蓋進氣閥進氣閥活

9、塞環(huán)活塞環(huán)氣缸氣缸P2P1l 余隙容積余隙容積V0：活塞在止點時，氣：活塞在止點時，氣缸中殘留氣體所占的壓縮腔容積缸中殘留氣體所占的壓縮腔容積余隙容積包括：余隙容積包括：l 活塞與氣缸的間隙容積；活塞與氣缸的間隙容積；l 氣閥片的通道容積；氣閥片的通道容積；l 活塞頂部至第一活塞環(huán)間的容積活塞頂部至第一活塞環(huán)間的容積u氣體流經(jīng)進排氣閥和管道時必然有摩擦，由此產(chǎn)生氣體流經(jīng)進排氣閥和管道時必然有摩擦，由此產(chǎn)生壓力損失；壓力損失；壓縮機的實際循環(huán)1. 實際循環(huán)的特點實際循環(huán)的特點（壓力系數(shù)）（壓力系數(shù)）l 進氣時，氣缸內(nèi)壓力進氣時，氣缸內(nèi)壓力P一般一般低于進氣管道壓力低于進氣管道壓力P1;l 排氣時

10、，氣缸內(nèi)排氣壓力排氣時，氣缸內(nèi)排氣壓力P高于排氣管道壓力高于排氣管道壓力P2;u 氣體與各接觸壁間存在溫差，導致不斷有熱量吸入氣體與各接觸壁間存在溫差，導致不斷有熱量吸入和放出；和放出；壓縮機的實際循環(huán)1. 實際循環(huán)的特點實際循環(huán)的特點（溫度系數(shù)）（溫度系數(shù)）l 進氣時，氣體溫度低于氣缸壁，氣體吸熱進氣時，氣體溫度低于氣缸壁，氣體吸熱;l 壓縮過程中，吸熱壓縮壓縮過程中，吸熱壓縮 絕熱壓縮絕熱壓縮 放熱壓縮放熱壓縮l 排氣時，排氣時，氣體溫度高于氣缸壁，氣體放熱。氣體溫度高于氣缸壁，氣體放熱。u 氣缸容積不可能絕對密封；氣缸容積不可能絕對密封； 漏氣：漏氣：進、排氣閥；活塞環(huán)與氣缸壁間；填料密

11、封進、排氣閥；活塞環(huán)與氣缸壁間；填料密封u 閥室容積不是無限大。閥室容積不是無限大。 進排氣系統(tǒng)：進排氣系統(tǒng)：進氣過程壓力逐漸降低；排氣過程壓力逐漸升高進氣過程壓力逐漸降低；排氣過程壓力逐漸升高（泄漏系數(shù)）（泄漏系數(shù)）壓縮機的實際循環(huán)實際工作循環(huán)過程：實際工作循環(huán)過程：c d：膨脹過程：膨脹過程d a：進氣過程：進氣過程a b：壓縮過程：壓縮過程b c：排氣過程：排氣過程2. 實際工作循環(huán)過程實際工作循環(huán)過程實際循環(huán)的進氣量一定少于理論循環(huán)進氣量。實際循環(huán)的進氣量一定少于理論循環(huán)進氣量。壓縮機的實際循環(huán)3. 實際循環(huán)的進、排氣量實際循環(huán)的進、排氣量（1）容積系數(shù)）容積系數(shù)v存在余隙容積存在余隙

12、容積V0111111112011mmSSSSVppVVVVVV其中：其中：V0/VS；相對余隙容積；相對余隙容積 p2/p1；名義壓力比；名義壓力比 m：膨脹指數(shù)：膨脹指數(shù)容積系數(shù)容積系數(shù)v是小于是小于1的系數(shù)，表征了余隙容積對氣缸吸氣能力的影響的系數(shù)，表征了余隙容積對氣缸吸氣能力的影響壓縮機的實際循環(huán)（2）壓力系數(shù)）壓力系數(shù)p進、排氣閥有壓力損失進、排氣閥有壓力損失111ppppaap影響壓力系數(shù)的主要因素：影響壓力系數(shù)的主要因素： l 吸氣閥處于關閉狀態(tài)時的彈簧力吸氣閥處于關閉狀態(tài)時的彈簧力l 進氣管道中的壓力波動進氣管道中的壓力波動（3）溫度系數(shù)）溫度系數(shù)T 氣體與工作腔壁有熱交換氣體與

13、工作腔壁有熱交換pa：進氣結(jié)束時工作腔內(nèi)的壓力：進氣結(jié)束時工作腔內(nèi)的壓力l 該級的壓力比；該級的壓力比；l 氣體的性質(zhì)及氣缸的冷卻程度。氣體的性質(zhì)及氣缸的冷卻程度。影響溫度系數(shù)的主要因素：影響溫度系數(shù)的主要因素：aTTT1Ta：進氣結(jié)束時工作腔內(nèi)的溫度：進氣結(jié)束時工作腔內(nèi)的溫度壓力系數(shù)壓力系數(shù)p表示壓力降低對進氣量減小的影響程度。表示壓力降低對進氣量減小的影響程度。溫度系數(shù)溫度系數(shù)T表示進入氣缸的氣體由于吸熱膨脹而使進氣量減小的程度。表示進入氣缸的氣體由于吸熱膨脹而使進氣量減小的程度。壓縮機的實際循環(huán)SSSTpVSVVV（4）泄漏系數(shù)）泄漏系數(shù)l 氣缸并非絕對密封氣缸并非絕對密封l 有油潤滑壓

14、縮機一般取有油潤滑壓縮機一般取0.900.98l 無油潤滑壓縮機一般取無油潤滑壓縮機一般取0.850.95（5）實際循環(huán)進氣量）實際循環(huán)進氣量VS和排氣量和排氣量Vd其中：其中： ，稱為排氣系數(shù)，稱為排氣系數(shù)lTpV氣缸的活塞環(huán)；氣閥；填料密封氣缸的活塞環(huán)；氣閥；填料密封主要的泄漏部位：主要的泄漏部位：TpVS其中：其中： ，稱為吸氣系數(shù)，稱為吸氣系數(shù)SSlTpVdVVV壓縮機的實際循環(huán)4. 實際循環(huán)指示功實際循環(huán)指示功Wi其中：其中：s,0：進氣相對壓力損失和總的相對壓力損失：進氣相對壓力損失和總的相對壓力損失1111101nnsVsinnVpW對理想氣體對理想氣體ds0對實際氣體對實際氣體

15、12110121111ZZZnnVpWnnsVsi注：實際氣體的指示功也可由注：實際氣體的指示功也可由P-V圖直接近似計算。圖直接近似計算。11111ppppps22222pppppd（查圖（查圖2-14確定）確定）1. 多級壓縮的定義多級壓縮的定義 多級壓縮是將氣體的壓縮過程分若干級進行，并在多級壓縮是將氣體的壓縮過程分若干級進行，并在每級壓縮之后導入中間冷卻器進行冷卻。每級壓縮之后導入中間冷卻器進行冷卻。P1P2多級壓縮L型型氮氮氫氫氣氣壓壓縮縮機機多級壓縮2. 多級壓縮的優(yōu)缺點多級壓縮的優(yōu)缺點缺點：缺點：級數(shù)過多，結(jié)構(gòu)復雜；級間管路增加，阻力損失增級數(shù)過多，結(jié)構(gòu)復雜；級間管路增加，阻力損

16、失增加，功耗增加；操作與維修困難等。加，功耗增加；操作與維修困難等。優(yōu)點：優(yōu)點：u 節(jié)省壓縮氣體的指示功；節(jié)省壓縮氣體的指示功；u 可以降低排氣溫度；可以降低排氣溫度； 排氣溫度：排氣溫度：u 可以提高容積系數(shù)可以提高容積系數(shù)v ；u 可以降低活塞力。可以降低活塞力。mmsdTT1多級壓縮3. 級數(shù)的選擇級數(shù)的選擇u 大、中型壓縮機：以大、中型壓縮機：以最省功最省功為原則；為原則；u 小型壓縮機：以每級允許的小型壓縮機：以每級允許的排氣溫度或結(jié)構(gòu)緊湊排氣溫度或結(jié)構(gòu)緊湊為原則；為原則；u 特殊氣體（易燃易爆等）：取決于每級允許的特殊氣體（易燃易爆等）：取決于每級允許的排氣溫度排氣溫度；往復壓縮機

17、級數(shù)與終壓間的關系往復壓縮機級數(shù)與終壓間的關系1234級數(shù)級數(shù)0.310.661.4153.640終壓終壓MPa5615100780150多級壓縮最佳級數(shù)：最佳級數(shù)：從省功角度從省功角度整個機器的整個機器的等溫指示效率等溫指示效率最高最高 參見圖參見圖（219）4. 壓力比的分配壓力比的分配ZtZsdipp其中，其中，Z：壓縮機級數(shù)；：壓縮機級數(shù)；pd 和和ps分別為排、進氣壓力。分別為排、進氣壓力。注意：注意：實際中，為了平衡活塞力，可適當調(diào)整等壓比原則；實際中，為了平衡活塞力，可適當調(diào)整等壓比原則； 為增加進氣量，第一級壓力比可取小些；為增加進氣量，第一級壓力比可取小些； 為方便氣量調(diào)節(jié)，

18、最末一級也取小些。為方便氣量調(diào)節(jié)，最末一級也取小些。 多級壓縮過程中，常取等壓比原則分配壓力比。則各級多級壓縮過程中，常取等壓比原則分配壓力比。則各級壓力比為：壓力比為： 在理想條件下，對多級壓縮機，取各級壓力比相等即為在理想條件下，對多級壓縮機，取各級壓力比相等即為省功的最佳壓力比。省功的最佳壓力比。（證明過程參見相關參考書）（證明過程參見相關參考書）多級壓縮三三 熱力性能三三 熱力性能1. 吸、排氣壓力吸、排氣壓力定義定義吸氣壓力吸氣壓力壓縮機第一級吸入管道處的氣體壓力；壓縮機第一級吸入管道處的氣體壓力；排氣壓力排氣壓力壓縮機末級排出接管處的氣體壓力。壓縮機末級排出接管處的氣體壓力。注意：

19、注意：u 壓縮機銘牌上的排氣壓力指的是額定值；壓縮機銘牌上的排氣壓力指的是額定值；u 壓縮機的實際吸、排氣壓力可以在較大允許范圍內(nèi)變化；壓縮機的實際吸、排氣壓力可以在較大允許范圍內(nèi)變化；u 吸氣壓力一般與工作過程無關，實際排氣壓力則由排氣系統(tǒng)的壓力吸氣壓力一般與工作過程無關，實際排氣壓力則由排氣系統(tǒng)的壓力（即（即“背壓背壓”）決定；）決定；u 注意區(qū)別壓縮機的注意區(qū)別壓縮機的“排氣壓力排氣壓力”和和“級間壓力級間壓力”。2. 排氣溫度排氣溫度定義定義 壓縮機的排氣溫度壓縮機的排氣溫度是指壓縮機末級排出氣體的溫度，是指壓縮機末級排出氣體的溫度，應在末級氣缸排氣法蘭接管處測得。應在末級氣缸排氣法蘭

20、接管處測得。各級的排氣溫度各級的排氣溫度應在應在相應級的排氣管處測得。相應級的排氣管處測得。mmTT112每一級的排氣溫度計算：每一級的排氣溫度計算：注意：注意：u 要了解限制排氣溫度的必要性：要了解限制排氣溫度的必要性： 保證良好的潤滑，避免保證良好的潤滑，避免“積炭積炭”；考慮氣體自身性質(zhì)；考慮氣體自身性質(zhì)。u 可通過加強氣缸的冷卻、降低過程指數(shù)可通過加強氣缸的冷卻、降低過程指數(shù)m或壓力比或壓力比降低排氣溫度。降低排氣溫度。u 注意區(qū)分注意區(qū)分“排氣溫度排氣溫度”和和“壓縮終了溫度壓縮終了溫度”。三三 熱力性能三三 熱力性能3. 容積流量（排氣量）容積流量（排氣量）定義定義 容積流量通常是

21、指容積流量通常是指單位時間單位時間內(nèi)壓縮機最后一級排出的內(nèi)壓縮機最后一級排出的氣體，換算到氣體，換算到第一級進口壓力和溫度第一級進口壓力和溫度時的氣體容積值，單時的氣體容積值，單位為位為m3/min或或m3/h ；通常用；通常用qv表示。表示。注意：注意：u 計算容積流量時，對于實際氣體要考慮其壓縮性系數(shù)；計算容積流量時，對于實際氣體要考慮其壓縮性系數(shù)；u 折算容積流量時，要將中途折算容積流量時，要將中途分離分離出去的氣體（水分）體積加進去，出去的氣體（水分）體積加進去，而將中途而將中途添加添加進的氣體體積扣除。進的氣體體積扣除。u 容積流量并不真正反映壓縮機的供氣能力。容積流量并不真正反映壓

22、縮機的供氣能力。u 壓縮機銘牌上的容積流量指的是額定工況時的容積流量。壓縮機銘牌上的容積流量指的是額定工況時的容積流量。三三 熱力性能容積流量的計算公式容積流量的計算公式1其中，其中，qvd：末級排出的氣體量，：末級排出的氣體量， m3/min； 下標下標s1 ：第：第1 1級進口狀態(tài)下的壓力和溫度；級進口狀態(tài)下的壓力和溫度； 下標下標d：末級狀態(tài)下的壓力和溫度；：末級狀態(tài)下的壓力和溫度； Z：壓縮性系數(shù)，對理想氣體值為：壓縮性系數(shù)，對理想氣體值為1； qv：分離的水分換算到第：分離的水分換算到第1級進口狀態(tài)的容積流量，級進口狀態(tài)的容積流量， m3/min； qvc：中途除掉的氣體換算到中途除

23、掉的氣體換算到第第1級進口狀態(tài)的容積流量，級進口狀態(tài)的容積流量， m3/min； 若為加入的氣體，則取負值。若為加入的氣體，則取負值。三三 熱力性能容積流量的計算公式容積流量的計算公式2nVnVqlTPVSlSV1111111其中，其中，VS1：第一級氣缸的行程容積，：第一級氣缸的行程容積， m3； ：第一級氣缸的容積系數(shù)；：第一級氣缸的容積系數(shù)； ：第一級氣缸的壓力系數(shù)第一級氣缸的壓力系數(shù)； ：第一級氣缸的溫度系數(shù)第一級氣缸的溫度系數(shù)； ：第一級氣缸的泄漏系數(shù)第一級氣缸的泄漏系數(shù)； n：壓縮機的轉(zhuǎn)速壓縮機的轉(zhuǎn)速， r/min。1V1P1T1l三三 熱力性能4. 供氣量（標準容積流量）供氣量（

24、標準容積流量）定義定義 將容積流量折算到標準狀態(tài)（將容積流量折算到標準狀態(tài)（1.013105Pa，0）時）時的的干氣干氣容積值，稱為供氣量或標準容積流量。容積值，稱為供氣量或標準容積流量。供氣量與容積流量的關系：供氣量與容積流量的關系：其中，其中， qv：壓縮機的容積流量壓縮機的容積流量，m3/min； P0、T0和和 Ps1、Ts1 ：標準狀態(tài)及進口狀態(tài)的壓力和溫度；：標準狀態(tài)及進口狀態(tài)的壓力和溫度； ：相對濕度；：相對濕度； PSa1：進氣溫度下的水蒸氣的飽和蒸汽壓。：進氣溫度下的水蒸氣的飽和蒸汽壓。5. 各級工作容積的確定各級工作容積的確定nqVVVS11其中，其中，qv：壓縮機的容積流

25、量，：壓縮機的容積流量，m3/min； v1 ：第一級的容積效率；：第一級的容積效率；n：壓縮機轉(zhuǎn)速，：壓縮機轉(zhuǎn)速，r/min第一級的工作容積為：第一級的工作容積為：任意任意i 級的工作容積為：級的工作容積為：其中，下標其中，下標1和和i分別表示壓縮機的第分別表示壓縮機的第1級和第級和第i 級；級； c c ：任意：任意 i 級前的級前的抽氣系數(shù)抽氣系數(shù)，若無抽氣工藝時值為，若無抽氣工藝時值為1 1； ：任意：任意 i 級級析水系數(shù)析水系數(shù)； ZS：壓縮性系數(shù)，對理想氣體值為：壓縮性系數(shù)，對理想氣體值為1三三 熱力性能111SSVcSSVSZZTTppnqViiiiiii三三 熱力性能6. 功率功率軸功：軸功：即主軸需要的總功，是直接用于壓縮氣體的指示功和用于克服機即主軸需要的