往復(fù)式與離心式壓縮機(jī)

往復(fù)式與離心式壓縮機(jī)第1頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

1、往復(fù)式壓縮機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理往復(fù)壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理與往復(fù)泵的比較相近。但因?yàn)闅怏w的密度小、可壓縮，故壓縮機(jī)的吸入和排出活門(mén)必須更加靈巧精密；往復(fù)壓縮機(jī)主要部件有活塞、汽缸、吸氣閥和排氣閥。為移除壓縮放出的熱量以降低氣體的溫度，必須附設(shè)冷卻裝置。往復(fù)壓縮機(jī)第2頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、往復(fù)壓縮機(jī)的工作過(guò)程①實(shí)際壓縮循環(huán)實(shí)際壓縮循環(huán)指的是壓縮機(jī)有余隙時(shí)的工作循環(huán)。所謂余隙是指排氣終了時(shí)，活塞與汽缸端蓋之間留有的空隙。一個(gè)實(shí)際壓縮循環(huán)有氣體壓縮、排氣、余隙氣體膨脹和吸氣四個(gè)過(guò)程。見(jiàn)壓縮機(jī)實(shí)際工作循環(huán)。往復(fù)壓縮機(jī)第3頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四pvp2p1v3v4v114320壓縮排氣余隙氣體膨脹吸氣2'2''第4頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、往復(fù)壓縮機(jī)的工作過(guò)程②壓縮過(guò)程中氣體溫度變化和功耗等溫壓縮過(guò)程的功耗最小，見(jiàn)圖中1-2-3-4圍成的面積;而絕熱壓縮功耗最大，見(jiàn)圖中1-2

-3-4圍成的面積。實(shí)際壓縮過(guò)程采用冷卻裝置，使其功耗接近于等溫過(guò)程，其功耗介于等溫和絕熱兩者之間，見(jiàn)圖中1-2-3-4圍成的面積。這種介于等溫和絕熱兩者之間的壓縮過(guò)程稱為多變壓縮。多變壓縮功耗介于等溫與絕熱壓縮功耗之間。往復(fù)壓縮機(jī)第5頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四式中T1，T2—分別為吸入、排出氣體的溫度，K；

p1，p2—分別為吸入、排出氣體的壓強(qiáng)，kPa；

V1-V4—每一次壓縮循環(huán)的吸氣量，m3；

m—多變壓縮指數(shù)，壓縮機(jī)的冷卻效果越好，m值越接近于1。

多變壓縮的排氣溫度和一個(gè)壓縮循環(huán)的功耗W可由下兩式確定往復(fù)壓縮機(jī)第6頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

以上兩式說(shuō)明：壓縮功耗與吸入的氣量成正比；壓縮比增大，排氣溫度升高，功耗增大。

第7頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四③余隙系數(shù)和容積系數(shù)余隙體積V3與活塞推進(jìn)一次所掃過(guò)體積V1-V3（理論吸入氣體體積）之比的百分率，稱為余隙系數(shù)，以表示。其表達(dá)式為

一般大、中型壓縮機(jī)低壓汽缸的余隙系數(shù)值約在8%以下，高壓汽缸的余隙系數(shù)值可達(dá)12%左右。

第8頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

壓縮機(jī)一次循環(huán)實(shí)際吸入的氣體體積V1-V4與理論吸入的氣體體積V1-V3之比，稱為容積系數(shù)，用0表示。其表達(dá)式為對(duì)于多變壓縮過(guò)程，V4

與V3之間的關(guān)系為第9頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

將其關(guān)系代入容積系數(shù)的表達(dá)式，整理后得容積系數(shù)與余隙系數(shù)之間關(guān)系為

上式說(shuō)明：當(dāng)壓縮比一定時(shí)，余隙系數(shù)增大，容積系數(shù)減小。當(dāng)余隙系數(shù)一定時(shí)，壓縮比增大，容積系數(shù)減小，當(dāng)壓縮比增大到一定程度時(shí)，容積系數(shù)為零，此時(shí)所對(duì)應(yīng)的壓縮比稱為最大壓縮比。第10頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

—理論吸氣量，m3/min；

A—活塞的截面積，m2；

S—活塞沖程，m；nr—活塞每分鐘往復(fù)的次數(shù)，1/min。式中3、往復(fù)壓縮機(jī)的主要性能參數(shù)

①排氣量壓縮機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)排出的氣體體積換算為吸入狀態(tài)下的數(shù)值，又稱為壓縮機(jī)的生產(chǎn)能力或輸氣量。沒(méi)有余隙情況下的吸氣量稱為理論吸氣量。單動(dòng)往復(fù)壓縮機(jī)的理論吸氣量為第11頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四式中Vmin—實(shí)際排氣量，m3/min；

d—排氣系數(shù)。

往復(fù)壓縮機(jī)的實(shí)際吸氣量為第12頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

②軸功率與效率單級(jí)壓縮機(jī)絕熱壓縮理論功率Na為式中Na—絕熱壓縮理論功率，kW。實(shí)際軸功率N為

式中N—軸功率，kW；

a—絕熱總效率，一般a=0.7~0.9，設(shè)計(jì)完善的壓縮機(jī)a0.8。第13頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

4、多級(jí)壓縮實(shí)際生產(chǎn)中壓縮比可以很大，但壓縮比太大，使得容積系數(shù)減??；軸功率增大；排氣溫度太高，引起汽缸內(nèi)潤(rùn)滑油碳化或油霧爆炸等問(wèn)題。因此當(dāng)壓縮比大于8時(shí)，必須采用多級(jí)壓縮。

采用多級(jí)壓縮可以提高容積系數(shù)，降低排氣溫度，減小消耗的軸功率。多級(jí)壓縮的級(jí)數(shù)多為2至6級(jí)，每級(jí)壓縮比約為3至5。第14頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四5、往復(fù)壓縮機(jī)的類型與選用

①往復(fù)壓縮機(jī)的類型

按在活塞的一側(cè)或兩側(cè)吸、排氣體分為：?jiǎn)蝿?dòng)、雙動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)。

按氣體受壓的次數(shù)分為：?jiǎn)渭?jí)、雙級(jí)和多級(jí)往復(fù)壓縮機(jī)。按所壓縮氣體的種類分為：空氣壓縮機(jī)、氨氣壓縮機(jī)、氫氣壓縮機(jī)和石油氣壓縮機(jī)等。

按壓縮機(jī)所產(chǎn)生的終壓大小分為：低壓（98.1104Pa以下）、中壓（98.1104~98.1105Pa）和高壓（98.1105~98.1106Pa）壓縮機(jī)。按排氣量大小分為：小型（10m3/min）、中型（10~30m3/min）和大型（30m3/min以上）。

按汽缸放置的空間位置分為：立式、臥式、角式壓縮機(jī)，角式壓縮機(jī)又可根據(jù)幾個(gè)汽缸之間的相互配置分為L(zhǎng)形、V形和W形。第15頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

②往復(fù)壓縮機(jī)的選用首先根據(jù)所壓縮氣體的性質(zhì)，確定使用壓縮機(jī)的種類，是空壓機(jī)還是石油氣壓縮機(jī)；其次是根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)及廠房的具體條件確定壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)型式，是立式還是角式；最后根據(jù)生產(chǎn)所需的排氣量和排氣壓強(qiáng)，在壓縮機(jī)樣本或產(chǎn)品目錄中選擇合適的型號(hào)。第16頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

6、往復(fù)壓縮機(jī)的排氣量調(diào)節(jié)

①補(bǔ)充余隙調(diào)節(jié)法。②頂開(kāi)吸入閥調(diào)節(jié)法。③旁路回流調(diào)節(jié)法。④降低吸入壓強(qiáng)調(diào)節(jié)法。

⑤改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)法。

第17頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

1、離心壓縮機(jī)的工作原理、主要構(gòu)造和型號(hào)離心壓縮機(jī)又稱透平壓縮機(jī)，其結(jié)構(gòu)、工作原理與離心鼓風(fēng)機(jī)相似，只是葉輪的級(jí)數(shù)更多。通常10級(jí)以上。葉輪轉(zhuǎn)速高，一般在5000rpm以上。因此可以產(chǎn)生很高的出口壓強(qiáng)。由于氣體的體積變化較大，溫度升高也較顯著，故離心壓縮機(jī)常分成幾段，每段包括若干級(jí)，葉輪直徑逐段縮小，葉輪寬度也逐級(jí)有所縮小。段與段間設(shè)有中間冷卻器將氣體冷卻，避免氣體終溫過(guò)高。離心式壓縮機(jī)第18頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四離心式壓縮機(jī)外觀第19頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

離心壓縮機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)：體積小，重量輕，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，排氣量大而均勻，占地面積小，操作可靠，調(diào)節(jié)性能好，備件需要量少，維修方便，壓縮絕對(duì)無(wú)油，非常適宜處理那些不宜與油接觸的氣體。主要缺點(diǎn)：當(dāng)實(shí)際流量偏離設(shè)計(jì)點(diǎn)時(shí)效率下降，制造精度要求高，不易加工。近年來(lái)在化工生產(chǎn)中，除了要求終壓特別高的情況外，離心壓縮機(jī)的應(yīng)用已日趨廣泛。離心式壓縮機(jī)第20頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

國(guó)產(chǎn)離心壓縮機(jī)的型號(hào)代號(hào)的編制方法有許多種。有一種與離心鼓風(fēng)機(jī)型號(hào)的編制方法相似，例如LTl85—13—1，為石油裂解氣離心壓縮機(jī)。流量為185m3／min，有13級(jí)葉輪，第1次設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。離心壓縮機(jī)作為冷凍機(jī)使用時(shí)，型號(hào)代號(hào)表示出其冷凍能力。還有其他的型號(hào)代號(hào)編制法，可參看其使用說(shuō)明書(shū)。離心式壓縮機(jī)第21頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、離心壓縮機(jī)的性能曲線與調(diào)節(jié)離心壓縮機(jī)的性能曲線與離心泵的特性曲線相似，是由實(shí)驗(yàn)測(cè)得。圖為典型的離心壓縮機(jī)性能曲線，它與離心泵的特性曲線很相像，但其最小流量Q不等于零，而等于某一定值。離心壓縮機(jī)也有一個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)，實(shí)際流量等于設(shè)計(jì)流量時(shí)，效率η最高；流量與設(shè)計(jì)流量偏離越大，則效率越低；一般流量越大，壓縮比ε越小，即進(jìn)氣壓強(qiáng)一定時(shí)流量越大出口壓強(qiáng)越小。離心式壓縮機(jī)第22頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

當(dāng)實(shí)際流量小于性能曲線所表明的最小流量時(shí)，離心壓縮機(jī)就會(huì)出現(xiàn)一種不穩(wěn)定工作狀態(tài)，稱為喘振。喘振現(xiàn)象開(kāi)始時(shí)，由于壓縮機(jī)的出口壓強(qiáng)突然下降，不能送氣，出口管內(nèi)壓強(qiáng)較高的氣體就會(huì)倒流入壓縮機(jī)。發(fā)生氣體倒流后，使壓縮機(jī)內(nèi)的氣量增大，至氣量超過(guò)最小流量時(shí)，壓縮機(jī)又按性能曲線所示的規(guī)律正常工作，重新把倒流進(jìn)來(lái)的氣體壓送出去。離心式壓縮機(jī)第23頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

壓縮機(jī)恢復(fù)送氣后，機(jī)內(nèi)氣量減少，至氣量小于最小流量時(shí)，壓強(qiáng)又突然下降，壓縮機(jī)出口處壓強(qiáng)較高的氣體又重新倒流入壓縮機(jī)內(nèi)，重復(fù)出現(xiàn)上述的現(xiàn)象。這樣，周而復(fù)始地進(jìn)行氣體的倒流與排出。在這個(gè)過(guò)程中，壓縮機(jī)和排氣管系統(tǒng)產(chǎn)生一種低頻率高振幅的壓強(qiáng)脈動(dòng)，使葉輪的應(yīng)力增加，噪聲加重，整個(gè)機(jī)器強(qiáng)烈振動(dòng)，無(wú)法工作。由于離心壓縮機(jī)有可能發(fā)生喘振現(xiàn)象，它的流量操作范圍受到相當(dāng)嚴(yán)格的限制，不能小于穩(wěn)定工作范圍的最小流量。一般最小流量為設(shè)計(jì)流量的70％～85％。壓縮機(jī)的最小流量隨葉輪的轉(zhuǎn)速的減小而降低，也隨氣體進(jìn)口壓強(qiáng)的降低而降低。離心式壓