第二章 活塞式壓縮機

1、 第四章第四章 活塞式壓縮機活塞式壓縮機4.1.1壓縮機的用途、種類及應用范圍壓縮機的用途、種類及應用范圍4.1.2活塞式壓縮機的基本構造和工作過程活塞式壓縮機的基本構造和工作過程4.1.3 活塞壓縮機的分類、優(yōu)缺點及型號編制活塞壓縮機的分類、優(yōu)缺點及型號編制4.1.4活塞式壓縮機的歷史及發(fā)展活塞式壓縮機的歷史及發(fā)展 4.1 4.1 概述概述（一）壓縮機的用途 壓縮機是一種輸送氣體和提高氣體壓力的機器，它的用途十分廣泛，如冶金、礦山、機械和國防等，尤其是在石油、化工生產中，壓縮機已成為必不可少的設備。 壓縮機用途可分為四個方面： 在石油、化工生產中的應用合成及聚合 如氮氫氣合成氨氣，氫氣與二氧

2、化碳合成生成甲醇，高壓下生產聚乙烯等。氣體輸送。制冷和氣體分離在動力工程中的應用壓縮機壓縮機容積式容積式速度式速度式混流式混流式軸流式軸流式離心式離心式回轉式回轉式往復式往復式活塞式膜片式螺桿式滑片式轉子式 應用1.容積式壓縮機 是指氣體直接受到壓縮，從而使氣體體積縮小，壓力提高的機器。一般這類壓縮機具有容納氣體的汽缸，以及壓縮氣體的活塞。按照容積變化方式的不同有往復式和回轉式兩種結構。如圖2.速度式壓縮機利用高速旋轉的轉子將其機械能傳給氣體，并使氣體機械能中的部分動能轉化為靜壓能，從而提高氣體的壓力。主要形式有軸流式和離心式兩種。如圖所示2.2 2.2 活塞壓縮機的基本結構活塞壓縮機的基本結

3、構1-1-連桿；連桿；2-2-曲軸；曲軸；3-3-中間冷卻器；中間冷卻器；4-4-活塞桿；活塞桿；5-5-氣閥；氣閥；6-6-氣缸；氣缸；7-7-活塞；活塞；8-8-活塞環(huán)；活塞環(huán)；9-9-填料；填料；1010十字頭；十字頭；11-11-平衡重；平衡重；1212機身。機身。3LC-4.5/25空壓機空壓機2.3 2.3 活塞壓縮機的命名（活塞壓縮機的命名（JB25-89JB25-89）第二節(jié) 氣體輸送和壓縮機械氣體輸送和壓縮機械 一、用途1輸送氣體2產生高壓氣體3產生真空二、分類 通風機 終壓14.7kPa (表) 鼓風機 終壓=14.7294kPa(表)，壓縮比4按出口的氣體的壓強分 壓縮機

4、 終壓294kPa (表)，壓縮比4 真空泵 終壓=Pa (大氣壓)，初壓為負壓三、離心通風機1分類 低壓離心通風機 終壓0.9807kPa (表) 中壓離心通風機 終壓 =0.98072.942kPa (表) 高壓離心通風機 終壓 =2.94214.7kPa (表)2原理： 與離心泵相似3結構： 與離心泵相似，但葉片的數(shù)目較多、較大，氣體流道的斷面有方形和原形兩種4性能參數(shù) (1) 風量：單位時間內排出的氣體體積，并換算成吸入狀態(tài)的數(shù)值，Q，m3/h。 (2) 風壓：單位體積的氣體流徑風機后，所獲得的能量，HT，J/m3=Pa，mmH2O。 風壓也由實驗測定，裝置與測泵揚程的裝置相似，原理如

5、下： 在風機進出口之間列柏努利方程，得所以校正（3）軸功率與效率 5特性曲線： 反應HT、HST、N、與Q之間函數(shù)關系的曲線。 6選擇 (1) 確定輸送系統(tǒng)的風量和風壓 生產任務進口(吸入)態(tài)風量Q 管路系統(tǒng)實際風壓 實驗風壓HT (2) 確定風機的類型和型號 氣體性質 實驗風壓范圍 進口(吸入)態(tài)風量 實驗風壓HT QHTQHstQQN 類型型號四、離心鼓風機 又稱透平鼓風機，結構和原理與多級離心泵類似，但葉輪級數(shù)多一些，轉速也較高，固能產生更高的壓強。五、離心壓縮機 結構和原理與離心鼓風機的相似，只是離心壓縮機的級數(shù)更多，可十級以上，一般要分段，段間設置中間冷卻器，且葉輪逐級縮小。六、羅茨

6、鼓風機 結構如圖，原理與齒輪泵相似。七、液環(huán)壓縮機 結構如圖，原理為：當葉輪旋轉時，液體被拋向殼體，形成一層橢圓型的液環(huán)，在橢圓型長軸兩端形成兩個月牙型空間。當葉輪旋轉一周時，月牙型空間的內的小室大小的變化使氣體吸入或排出。八、真空泵 1水環(huán)真空泵 結構如圖，原理與液環(huán)壓縮機相似。 2噴射泵 結構如圖，原理為動能轉變?yōu)殪o壓能。九、往復壓縮機 1結構如圖 2原理一、往復壓縮機的工作過程：假設： 理想氣體 無氣閥阻力 無泄漏 1p2p(1) 理想壓縮循環(huán)：活塞與氣缸端蓋之間沒有空隙或沒有余隙。a. 過程： 吸氣壓縮 排氣 （如右圖所示） 等溫壓縮，4123 絕熱壓縮，412/ 3 多變壓縮，412

7、/ 3 循環(huán)功：式中 m多變指數(shù)。(2) 實際壓縮循環(huán)：活塞與氣缸端蓋之間有空隙或有余隙。a. 過程：吸氣壓縮 余隙絕熱膨脹 排氣 （如右圖所示） 4123 1 b. 循環(huán)功c. 余隙系數(shù)：余隙體積與活塞掃過體積之比，即 d. 容積系數(shù)：吸氣體積與活塞掃過體積之比，即 1p2p4312 , 2 ,2 VpV1p2p4312pe. 0與的關系式中 m多變指數(shù)，1mk； k絕熱指數(shù)。所以 當壓縮比高到一定程度的時候，容積系數(shù)可能變?yōu)榱恪?性能參數(shù)(1) 排氣量：單位時間內排出的氣體體積換算成吸入狀態(tài)的數(shù)值，Vmin，m3/min。a. 理想循環(huán)b. 實際循環(huán)(2) 軸功率與效率a. 有效功率（理論

8、功率）b. 效率 流動阻力 能量損失a 部件摩擦c. 軸功率4多級壓縮(1) 流程(2) 采用多級壓縮的理由a. 避免排出氣體溫度過高b. 減少功耗c. 提高氣缸容積利用率d. 壓縮機結構更合理3類型 單級 單動 雙級 多級 雙動 低壓終壓 9.807105Pa按壓力 中壓終壓 =9.8071059.807106Pa 高壓終壓 =9.8071069.807107Pa 小型排氣量 30m3/min 空氣壓縮機 氨氣壓縮機按被壓縮的氣體 氫氣壓縮機 天然氣壓縮機 氯氣壓縮機 立式 臥式按汽缸放置位置 L型 角式 V型 W型 6. 選擇氣體的性質種類 廠 房型式 生產任務排氣量 工藝條件排氣壓力 類

9、型(2) 往復式壓縮機往復式壓縮機 結構和工作原理結構和工作原理 與往復泵相似 吸入和排出閥更加靈巧12340V2V1VP1P2 無余隙壓縮循環(huán)56 無余隙壓縮循環(huán)無余隙壓縮循環(huán)21VVpdV壓縮：22220VpVp ）（排氣：1111)0(VpVp吸氣：112221VpVppdVWVVs21ppsVdpWconstkVpVpii1121ppsdppkW121112lnlnppVpppkWs整個循環(huán)活塞對氣體所作的功：等溫壓縮循環(huán)：等溫壓縮循環(huán)：12340V2V1VP1P2 無余隙壓縮循環(huán)5612340V2V1VP1P2無余隙壓縮循環(huán)256絕熱壓縮循環(huán)：絕熱壓縮循環(huán)：rrrpVVpVp2211

10、1111211rrsppVprrWrrppTT11212r 絕熱指數(shù)出口溫度：出口溫度：1111211kksppVpkkWkkppTT11212k多變指數(shù)，1 r多變壓縮循環(huán)：多變壓縮循環(huán)：影響壓縮所需軸功影響壓縮所需軸功Ws和排氣溫度和排氣溫度 T2 的主要因素：的主要因素： （1）壓縮比p1/p2愈大，Ws和T2也愈大； （2）壓縮所需的軸功Ws與吸入氣體量（V1一V4）成正比； （3）多變指數(shù)k愈大，則Ws和T2也愈大。 注意：注意：對于石油氣壓縮機用空氣試車或用氮氣置換石油氣時，務須注意超負荷和超溫的問題。 出口溫度：出口溫度：12340V2V1VP1P2P 有余隙壓縮循環(huán)V4V3 有

11、余隙壓縮循環(huán)有余隙壓縮循環(huán) 余隙體積：V3余隙系數(shù)：余隙系數(shù)：313VVV新鮮氣體：V1-V4容積系數(shù)：容積系數(shù)：31410VVVV010無余隙時：大、中型壓縮機的低壓氣缸 8% 高壓氣缸12%12340V2V1VP1P2P 有余隙壓縮循環(huán)V4V3111120kpp多變壓縮過程：多變壓縮過程：討論：討論：壓縮比一定時,，0 一定，壓縮機達到的最高壓力是有限制的。 余隙系數(shù)一定， 0 0 =0， 壓縮極限12pp12pp 主要性能參數(shù)主要性能參數(shù)(a）排氣量）排氣量(生產能力或吸氣量生產能力或吸氣量): 將壓縮機在單位時間內排出的氣體體積換算成吸入狀態(tài)下的數(shù)值。無余隙時的理論吸氣量：rFVsnA

12、qmin，單缸單動泵：rfFVsnAAq）（單缸雙動泵：，2min實際吸氣量實際吸氣量 理論吸氣量理論吸氣量實際排氣量：實際排氣量：min,min,VdVqq由于泄露，實際排氣量實際排氣量 理論軸功率大理論軸功率大 多級壓縮多級壓縮三級壓縮機流程圖1級2級3級1234567891，4，7-氣缸；2，5-中間冷卻器；8-出口氣體冷卻器；3，6，9-油水分離器存在壓縮極限；溫度過高； 機械結構不合理。 一般地，壓縮比 8時，應采用多級壓縮. 原因：原因：增加氣缸減小壓縮比，減少余隙的影響；中間冷卻器降低氣體溫度，降低壓縮機功耗。（a）多級壓縮與單級壓縮所需軸功的比較）多級壓縮與單級壓縮所需軸功的比

13、較三級壓縮所需外功常用的級數(shù)：2 6 級分三級絕熱壓縮所需的軸功分三級絕熱壓縮所需的軸功 一級絕熱壓縮所需軸功一級絕熱壓縮所需軸功（b） 多級壓縮級間壓力的確定多級壓縮級間壓力的確定若每級按無余隙循環(huán)可逆多變過程考慮，且各級氣體入口溫度相同，經推導得：nniniiiiiipppppppppp12) 1( ,2 ,3 ,1 ,2 ,11 ,1111211min,nkksppVpknkW最小軸功：最小軸功：說明：說明：每級壓縮比相等，每級所需軸功也相等。此時，所需總功最小。 壓縮機的分類和構造壓縮機的分類和構造分類方法分類方法:（a） 吸、排氣體方式：單動、復動（b） 壓縮級數(shù)： 單級（壓縮比28）； 兩級（壓縮比850）； 多級（壓縮比1001000）。（c） 終壓 ： 低壓（10.133105Pa）； 中壓（10.133101.33105Pa）； 高壓（101.331013.3105Pa）。（d） 生產能力：小