往復(fù)壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

關(guān)于往復(fù)壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理往復(fù)式壓縮機(jī)1.1概述1.2多級壓縮1.3主要熱力性能指標(biāo)及結(jié)構(gòu)參數(shù)1.4主要零部件1.5壓縮機(jī)的選型第2頁,共71頁，2024年2月25日，星期天1.1概述1.1.1總體結(jié)構(gòu)1.1.2工作過程1.1.3特點(diǎn)及應(yīng)用1.1.4分類及型式1.1.5命名規(guī)則第3頁,共71頁，2024年2月25日，星期天立式壓縮機(jī)臥式壓縮機(jī)一般臥式對動型對置式M型H型角度式壓縮機(jī)V型L型W型扇型星型1.1.1總體結(jié)構(gòu)第4頁,共71頁，2024年2月25日，星期天1.1.1總體結(jié)構(gòu)工作腔部分:

氣閥氣缸活塞

傳動部分:

連桿曲柄十字頭機(jī)身部分輔助設(shè)備:潤滑系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)第5頁,共71頁，2024年2月25日，星期天第6頁,共71頁，2024年2月25日，星期天第7頁,共71頁，2024年2月25日，星期天第8頁,共71頁，2024年2月25日，星期天第9頁,共71頁，2024年2月25日，星期天1.1.2工作過程1-氣缸蓋2-排氣閥3-進(jìn)氣閥4-氣缸5-活塞6-活塞環(huán)7-冷卻套8-連桿9-曲軸第10頁,共71頁，2024年2月25日，星期天1.1.3特點(diǎn)及應(yīng)用1.工作的穩(wěn)定性較好；2.機(jī)器適用性強(qiáng)；3.機(jī)器的熱效率較高；4.容積式機(jī)器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，易損零件多；5.氣體吸入和排出是間歇的，易引起氣柱及管道的振動第11頁,共71頁，2024年2月25日，星期天立式壓縮機(jī)臥式壓縮機(jī)一般臥式對動型對置式M型H型角度式壓縮機(jī)V型L型W型扇型星型其他分類方式1.1.4分類及型式第12頁,共71頁，2024年2月25日，星期天第13頁,共71頁，2024年2月25日，星期天第14頁,共71頁，2024年2月25日，星期天第15頁,共71頁，2024年2月25日，星期天第16頁,共71頁，2024年2月25日，星期天第17頁,共71頁，2024年2月25日，星期天第18頁,共71頁，2024年2月25日，星期天第19頁,共71頁，2024年2月25日，星期天1.2多級壓縮1.2.1多級壓縮的定義1.2.2多級壓縮的優(yōu)點(diǎn)1.2.3級數(shù)的選擇1.2.4壓力比的分配1.2.5各級容積的確定第20頁,共71頁，2024年2月25日，星期天1.2.1多級壓縮的定義

所謂多級壓縮是將氣體的壓縮過程分在若干級中進(jìn)行，并在每級壓縮之后將氣體導(dǎo)入中間冷卻器進(jìn)行冷卻。第21頁,共71頁，2024年2月25日，星期天1.2.2多級壓縮的優(yōu)點(diǎn)

節(jié)省壓縮氣體的指示功降低排氣溫度提高容積系數(shù)降低活塞力第22頁,共71頁，2024年2月25日，星期天1.2.3多級的選擇

大、中型壓縮機(jī)級數(shù)的選擇，一般以最省功為原則。小型移動壓縮機(jī)雖然液應(yīng)注意節(jié)省功的消耗，但往往重量是主要矛盾。因此級數(shù)選擇多取決于每級允許的排氣溫度。在排氣溫度的允許范圍內(nèi)，盡量采用較少的級數(shù)，以利于減輕機(jī)器的重量。對于一些特殊氣體，其化學(xué)性質(zhì)要求排氣溫度不超過某一溫度，因此級數(shù)的選擇也取決于每級允許達(dá)到的排氣溫度。下表是往復(fù)壓縮機(jī)級數(shù)與終了壓力的一般關(guān)系。

終壓(MPa)0.5~0.60.6~31.4~153.6~4015~10020~10080~150級數(shù)(z)1234567第23頁,共71頁，2024年2月25日，星期天1.2.4壓力比的分配

多級壓縮過程中，常取各級壓力比相等，這樣各級消耗的功相等，而壓縮機(jī)的總耗能也最小。即各級壓力比為：式中，z—壓縮機(jī)級數(shù)。對于實(shí)際氣體，考慮到氣體可壓縮性的影響，壓力比的分配可根據(jù)功相的原理作適當(dāng)?shù)纳?。?4頁,共71頁，2024年2月25日，星期天1.3主要熱力性能指標(biāo)及結(jié)構(gòu)參數(shù)1.3.1吸排氣1.3.2容積流量1.3.3供氣量1.3.4排氣溫度1.3.5功與功率第25頁,共71頁，2024年2月25日，星期天1.3.1吸、排氣壓力壓縮機(jī)的吸氣和排氣壓力分別指第一吸入管道處和末級排出接管處的氣體壓力。因?yàn)閴嚎s機(jī)采取的是自動閥，氣缸內(nèi)壓力取決于進(jìn)、排氣系統(tǒng)的壓力，所以吸、排氣壓力是可以變更的。壓縮機(jī)銘牌上的吸、排氣壓力是指額定值，實(shí)際上只要機(jī)器強(qiáng)度、排氣溫度、原動機(jī)功率及氣閥工作許可。它們是可以在很大范圍內(nèi)變化的。第26頁,共71頁，2024年2月25日，星期天1.3.2容積流量

壓縮機(jī)的容積流量，通常是指單位時(shí)間內(nèi)壓縮機(jī)最后一級排出的氣體，換算到第一級進(jìn)口狀態(tài)的壓力和溫度時(shí)氣體容積值，單位是m3/h或m3/min.

第27頁,共71頁，2024年2月25日，星期天

容積流量隨壓縮機(jī)的進(jìn)口狀態(tài)而變，它不反映壓縮機(jī)所排氣體的物質(zhì)數(shù)量?；すに囍羞m用的壓縮機(jī)由于工藝計(jì)算的需要，需將流量折算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(℃)時(shí)的干氣容積值，此值稱為供氣量或稱標(biāo)準(zhǔn)容積流量（在空氣動力計(jì)算中標(biāo)準(zhǔn)溫度為15℃）。

1.3.3供氣量第28頁,共71頁，2024年2月25日，星期天1.3.4排氣溫度壓縮機(jī)的排氣溫度時(shí)指壓縮機(jī)末級排出氣體的溫度，它應(yīng)在末級氣出氣管處測得。多級壓縮機(jī)末級之前各級的排氣溫度稱為該級的排氣未溫度，在相應(yīng)的排氣接管處測得。第29頁,共71頁，2024年2月25日，星期天1.3.5功與功率指示功：壓縮機(jī)用于壓縮氣體所消耗的功；摩擦功：壓縮機(jī)用于克服機(jī)械摩擦所消耗的功；軸功：指示功與摩擦功之和，即主軸需要的總功；功率：單位時(shí)間所消耗的功；比功率：排氣壓力相同的機(jī)器，單位容積流量所消耗的功第30頁,共71頁，2024年2月25日，星期天1.6調(diào)節(jié)方式及控制1.氣量的調(diào)節(jié)方式氣量的調(diào)節(jié)要求氣量的調(diào)節(jié)原理氣量調(diào)節(jié)的幾種方式2.調(diào)節(jié)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)管路調(diào)節(jié)壓開進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)第31頁,共71頁，2024年2月25日，星期天氣量的調(diào)節(jié)要求

容積流量隨時(shí)和耗氣量相等，即所謂連續(xù)調(diào)節(jié)，當(dāng)不能連續(xù)調(diào)節(jié)時(shí)可采用分級調(diào)節(jié)，最簡單的情況下壓縮機(jī)只有排氣和不排氣兩種工況，稱間斷調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)工況經(jīng)濟(jì)性好，即調(diào)節(jié)時(shí)單位容積流量功耗??；調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠，并且操作維修方便。第32頁,共71頁，2024年2月25日，星期天（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)適用范圍：內(nèi)燃機(jī)、蒸氣機(jī)以及可變轉(zhuǎn)速電動機(jī)驅(qū)動的壓縮機(jī)，可比較方便地實(shí)現(xiàn)連續(xù)的氣量調(diào)節(jié)。優(yōu)點(diǎn)：氣量連續(xù)；調(diào)節(jié)工況比功率消耗小，壓縮機(jī)各級壓力比保持不變；壓縮機(jī)上不需設(shè)專門的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等。缺點(diǎn)：源動機(jī)本身性能的限制，且低于額定轉(zhuǎn)速時(shí)，經(jīng)濟(jì)性低。轉(zhuǎn)速低時(shí)由于壓縮機(jī)進(jìn)氣速度降低，壓縮機(jī)氣閥工作可能會出現(xiàn)不正常。第33頁,共71頁，2024年2月25日，星期天（2）管路調(diào)節(jié)進(jìn)氣節(jié)流：在管路方面增加適當(dāng)阻力使壓力系數(shù)減少，由此使氣量減少。切斷進(jìn)氣：這種調(diào)節(jié)利用閥門關(guān)閉進(jìn)氣管路，由此使容積流量為零。進(jìn)、排氣管連通：排氣管經(jīng)由旁通管路和旁通閥門與進(jìn)氣管相連接。調(diào)節(jié)時(shí)只要打開旁路閥，排出的氣體便又會入進(jìn)氣管路中。第34頁,共71頁，2024年2月25日，星期天（3）壓開進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)利用一個(gè)壓開裝置，把進(jìn)氣閥強(qiáng)制地壓開，使進(jìn)氣閥全部地或部分地喪失正常工作能力，也即使壓縮機(jī)吸進(jìn)的氣體，因進(jìn)氣閥片不能自動關(guān)閉而在壓縮和排氣行程仍回入進(jìn)氣管，借以達(dá)到調(diào)節(jié)氣量的目的。全行程壓開進(jìn)氣閥部分行程壓開進(jìn)氣閥第35頁,共71頁，2024年2月25日，星期天1.7主要零部件1.7.1氣缸組件1.7.2活塞組件1.7.3氣閥組件1.7.4密封組件1.7.5曲軸-連桿機(jī)構(gòu)1.7.6輔助系統(tǒng)第36頁,共71頁，2024年2月25日，星期天第37頁,共71頁，2024年2月25日，星期天1.7.1氣缸組件對氣缸的要求氣缸的結(jié)構(gòu)型式氣閥在氣缸中的布置氣缸的工作表面、缸套第38頁,共71頁，2024年2月25日，星期天1.對氣缸的要求應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度與剛度；要求氣缸內(nèi)部工作面及尺寸應(yīng)用必要的加工精度和表面粗糙度，有良好的耐腐蝕性。余隙容積盡可能小些；應(yīng)具有良好的冷卻、潤滑條件；氣缸上的開孔和通道，在尺寸和形狀等方面要盡可能有利于減少氣體阻力損失；應(yīng)有利于制造和便于檢修，應(yīng)符合系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化的“三化”要求，以便于互換。應(yīng)力求結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低。第39頁,共71頁，2024年2月25日，星期天2.氣缸的結(jié)構(gòu)型式按氣缸容積的利用情況按氣缸冷卻方式的不同按氣缸制造方法的不同單作用雙作用級差式風(fēng)冷式水冷式鑄造氣缸鍛造氣缸第40頁,共71頁，2024年2月25日，星期天3.氣閥在氣缸中的布置氣閥在氣缸上配置三種方式：氣缸配置在氣缸蓋上；氣閥配置在氣缸體上；氣閥軸線與氣缸軸線呈非正交混合配置方式。布置氣閥的主要要求：盡量使氣閥通道面積大些，以減少氣流阻力損失；配置氣閥力求氣缸余隙要??；氣閥安裝維修方便；對于高壓氣缸，盡可能不要在氣缸上開孔，以免消弱氣缸或引起應(yīng)力集中。第41頁,共71頁，2024年2月25日，星期天4.氣缸的工作表面、缸套工作表面（鏡面）：與活塞外圓相配合的氣缸（或缸套）的內(nèi)壁表面。薄壁缸套：氣缸的工作表面經(jīng)過使用若干時(shí)間候，由于磨損的結(jié)果，常因間隙過大或表面粗糙等原因不能繼續(xù)使用。因此，可將工作表面再次加工或壓入一個(gè)圓桶型的薄壁缸套。缸套分類>>干式缸套：不直接與冷卻水接觸的缸套。濕式缸套：直接與冷卻水接觸的缸套。第42頁,共71頁，2024年2月25日，星期天1.7.2活塞組件活塞組件包括活塞、活塞環(huán)、活塞桿等。它們在氣缸中作往復(fù)運(yùn)動，與氣缸一起構(gòu)成壓縮容積?；钊钊麠U活塞環(huán)第43頁,共71頁，2024年2月25日，星期天活塞第44頁,共71頁，2024年2月25日，星期天活塞桿1.活塞桿的作用：連接活塞和十字頭，傳遞作用于活塞上的力并帶動活塞運(yùn)動。2.對活塞桿的主要要求：活塞桿要有足夠的強(qiáng)度，剛度和穩(wěn)定性。耐磨性好并有較高的加工精度和表面粗糙度要求。在結(jié)構(gòu)上盡量減少應(yīng)力集中的影響。保證連接可靠，防止松動?；钊麠U的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要便于活塞的拆裝。第45頁,共71頁，2024年2月25日，星期天活塞環(huán)第46頁,共71頁，2024年2月25日，星期天活塞環(huán)第47頁,共71頁，2024年2月25日，星期天1.7.3氣閥組件氣缸的作用時(shí)控制氣缸中的氣體吸入和排出。氣閥的結(jié)構(gòu)對氣閥的要求氣閥的種類環(huán)狀閥的構(gòu)造及工作過程氣閥的材料氣閥的制造工藝要求第48頁,共71頁，2024年2月25日，星期天第49頁,共71頁，2024年2月25日，星期天對氣閥的要求

氣閥的作用是控制氣缸中的氣體吸入和排出。壓縮機(jī)上的氣閥都是自動氣閥，即氣閥的啟閉不是用專門的控制機(jī)構(gòu)而是靠氣閥兩側(cè)的壓力差來自動實(shí)現(xiàn)及時(shí)啟閉的。對氣閥的主要要求是：氣閥開閉及時(shí)，關(guān)閉時(shí)嚴(yán)密不漏氣；氣流通過氣閥時(shí)，阻力損失??；氣閥使用壽命長；氣閥形成的余隙容積??；結(jié)構(gòu)簡單，互換性好。第50頁,共71頁，2024年2月25日，星期天氣閥的種類閥型機(jī)構(gòu)特征優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用場合1環(huán)狀閥閥片呈環(huán)狀形狀簡單，應(yīng)力集中部位少，抗疲勞好。加簡單，成本低，材料可套用，壞一環(huán)換一環(huán)，經(jīng)濟(jì)性好各環(huán)動作不易一致，阻力大，無緩沖片，壽命差，導(dǎo)向部位易磨損用于大、中、小氣量，高低壓壓縮機(jī)。不宜用于無油潤滑2網(wǎng)狀閥閥片呈網(wǎng)狀閥片動作一致，阻力比環(huán)狀閥小有緩沖片無導(dǎo)向部分磨損彈簧力適應(yīng)閥片啟閉的需要形狀復(fù)雜，易引起應(yīng)力集中，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工困難，閥片上有一點(diǎn)壞，全部報(bào)廢，經(jīng)濟(jì)性差同環(huán)狀閥，但適用于無油潤滑3碟形閥閥片呈碟形結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，圓弧形密封口，阻力損失小，加工簡便流通面積小，不使用大氣量，運(yùn)動件質(zhì)量大，影響及時(shí)啟閉用于高壓或超高壓壓縮機(jī)，小型壓縮機(jī)4條狀閥閥片呈條狀閥片本身有彈性不需要彈簧，運(yùn)動質(zhì)量小，升程低應(yīng)高速要求閥片材料及制造要求高使用較小第51頁,共71頁，2024年2月25日，星期天閥型機(jī)構(gòu)特征優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用場合5直流閥閥片安裝方與氣流方向一致通道面積大，流向不變，阻力小。閥片輕，有利于及時(shí)啟閥閥片厚度小，受壓低，壽命差用于低壓高速壓縮機(jī)6塑料閥閥片材料用尼龍，填充聚四氟乙烯閥片輕，有利于及時(shí)啟閉，沖擊力小，壽命長。升程大，阻力小，密封形好，可節(jié)省高強(qiáng)度合金鋼強(qiáng)度低，熱變形大耐溫性差目前吸氣閥用的多7組合閥吸排氣閥組合在一起在高壓級上可省去較大的鍛造缸頭，余隙容積小結(jié)構(gòu)復(fù)雜，吸氣閥溫度高。降低了加熱系數(shù)小形壓縮機(jī)的高壓或超高壓壓縮機(jī)8多層環(huán)狀閥環(huán)狀閥片多層結(jié)構(gòu)節(jié)省氣閥安裝面積余隙容積大用于大型低壓安裝面積受到限制的地方第52頁,共71頁，2024年2月25日，星期天環(huán)狀閥的構(gòu)造及工作過程環(huán)狀閥的構(gòu)造化妝閥工作過程氣閥運(yùn)動曲線及分析第53頁,共71頁，2024年2月25日，星期天環(huán)狀閥的構(gòu)造1-閥座2-閥片3-彈簧4-升程限制器第54頁,共71頁，2024年2月25日，星期天氣閥的材料閥座和升程限制器均受沖擊載荷，閥座還承受閥兩側(cè)的氣體壓力差。要求材料耐沖擊并有足夠強(qiáng)度。閥座和升程限制器的材料可根據(jù)氣體性質(zhì)的不同和承受壓力差的不同而選擇相應(yīng)的材料。閥片材料應(yīng)具有強(qiáng)度高、耐性好、耐磨、耐腐蝕性能。氣閥彈簧一般采用碳素彈簧鋼，合金彈簧鋼及不銹鋼等材料。第55頁,共71頁，2024年2月25日，星期天氣閥的制造工藝要求

用灰鑄鐵或合金鑄鐵制造的低壓閥閥座，密封表面應(yīng)有特別細(xì)密的金相組織。用優(yōu)質(zhì)碳素鋼或合金鋼30CrMnSi制造的中壓與高壓閥座，密封表面要進(jìn)行調(diào)質(zhì)或表面硬化處理，硬度達(dá)HRC30-35。閥座密封面應(yīng)進(jìn)行研磨，表面粗糙度及Ra值不得高于0.4μm。第56頁,共71頁，2024年2月25日，星期天1.7.4密封組件簡介平面填料填料密封整體結(jié)構(gòu)密封室的結(jié)構(gòu)填料密封材料第57頁,共71頁，2024年2月25日，星期天第58頁,共71頁，2024年2月25日，星期天第59頁,共71頁，2024年2月25日，星期天密封組件簡介為了密封活塞桿穿出氣缸處的間隙，通常用一組密封填料來實(shí)現(xiàn)密封。填料是壓縮機(jī)中易損件之一。壓縮機(jī)中極少采用軟質(zhì)填料，常用的填料有金屬或金屬與硬質(zhì)填充塑料。對填料的要求是：密封性好，耐磨性好，使用壽命長結(jié)構(gòu)簡單，成本低，標(biāo)準(zhǔn)化，通用程度高?；钊麠U與氣缸間隙采用填料密封，其密封原理是靠氣體壓力使填料緊抱活塞桿，阻止氣體泄漏。根據(jù)密封前后氣體的壓力差，常用的填料有適用于低壓的平面而填料和適用于高壓的錐形填料。第60頁,共71頁，2024年2月25日，星期天填料密封整體結(jié)構(gòu)1-密封盒2-閉鎖環(huán)3-密封圈4-鐲形彈簧第61頁,共71頁，2024年2月25日，星期天填料密封整體結(jié)構(gòu)1-密封盒2-閉鎖環(huán)3-密封圈4-鐲形彈簧第62頁,共71頁，2024年2月25日，星期天填料密封整體結(jié)構(gòu)1-密封盒2-閉鎖環(huán)3-密封圈4-鐲形彈簧第63頁,共71頁，2024年2月25日，星期天1-密封盒2-閉鎖環(huán)3-密封圈4-鐲形彈簧填料密封整體結(jié)構(gòu)第64頁,共71頁，2024年2月25日，星期天密封室的結(jié)構(gòu)第65頁,共71頁，2024年2月25日，星期天填料密封材料平面填料一般采用鑄鐵HT200，特殊情況用錫青AZQSn8-12，軸承合金ZChSnSb11-6以及高鉛青銅等。在無油潤滑壓縮機(jī)中，密封圈可選用填充聚四氟乙烯，由于這種材料導(dǎo)熱性差，并有冷流性，密封圈的端面及內(nèi)圓面應(yīng)有較高的表面粗糙度要求，端面應(yīng)研磨