容積式壓縮機(jī)1公開(kāi)課一等獎(jiǎng)市優(yōu)質(zhì)課賽課獲獎(jiǎng)?wù)n件

過(guò)程流體機(jī)械二〇一四年十月山東科技大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院第二章容積式壓縮機(jī)主要內(nèi)容一往復(fù)壓縮機(jī)概述二往復(fù)壓縮機(jī)的工作過(guò)程三往復(fù)壓縮機(jī)的熱力性能四往復(fù)壓縮機(jī)的動(dòng)力性能五往復(fù)壓縮機(jī)的氣閥和密封六往復(fù)壓縮機(jī)的調(diào)節(jié)方式及其控制七往復(fù)壓縮機(jī)的選型八回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)一往復(fù)壓縮機(jī)概述往復(fù)壓縮機(jī)的總體結(jié)構(gòu)往復(fù)壓縮機(jī)的工作原理往復(fù)壓縮機(jī)的特點(diǎn)一往復(fù)壓縮機(jī)概述1.總體結(jié)構(gòu)組成：氣缸活塞（活塞環(huán)）進(jìn)、排氣閥連桿曲軸一往復(fù)壓縮機(jī)概述組成：氣缸，活塞（活塞環(huán)），進(jìn)、排氣閥，活塞桿（填料）十字頭（銷），連桿，曲軸一往復(fù)壓縮機(jī)概述L型兩級(jí)空氣壓縮機(jī)組成：氣缸活塞（活塞環(huán)）進(jìn)、排氣閥活塞桿（填料）十字頭曲軸連桿平衡重中間冷卻器壓縮機(jī)的一列壓縮機(jī)的一列一往復(fù)壓縮機(jī)概述V型兩級(jí)空氣壓縮機(jī)組成：氣缸活塞（活塞環(huán)）進(jìn)、排氣閥曲軸連桿中間冷卻器壓縮機(jī)的一列壓縮機(jī)的一列一往復(fù)壓縮機(jī)概述

工作腔部分：處理氣體

氣缸（缸蓋）活塞組件（活塞環(huán)、活塞桿和填料密封）氣閥（進(jìn)氣閥和排氣閥）傳動(dòng)部分：驅(qū)動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)

曲軸連桿十字頭（銷）機(jī)身部分：支撐氣缸與傳動(dòng)部分輔助設(shè)備

潤(rùn)滑系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)（缸套、中間冷卻器）管路系統(tǒng)等往復(fù)壓縮機(jī)的基本結(jié)構(gòu)組成：一往復(fù)壓縮機(jī)概述

機(jī)身氣缸體氣缸蓋氣缸座一往復(fù)壓縮機(jī)概述活塞與活塞桿相連與連桿相連一往復(fù)壓縮機(jī)概述活塞環(huán)和活塞桿一往復(fù)壓縮機(jī)概述氣閥網(wǎng)狀閥片環(huán)狀閥片閥座閥片彈簧升程限制器一往復(fù)壓縮機(jī)概述曲軸主軸頸連桿軸頸平衡重曲柺一往復(fù)壓縮機(jī)概述連桿一往復(fù)壓縮機(jī)概述連桿的連接一往復(fù)壓縮機(jī)概述十字頭及銷

十字頭與連桿小端的連接通過(guò)十字頭銷，十字頭與活塞桿可采用螺紋連接、法蘭連接等。填料密封（盤(pán)根密封）一往復(fù)壓縮機(jī)概述一往復(fù)壓縮機(jī)概述2.往復(fù)壓縮機(jī)的工作原理一級(jí)（或一個(gè)循環(huán)）：進(jìn)氣壓縮排氣往復(fù)式壓縮機(jī)——雙作用式氣缸一往復(fù)壓縮機(jī)概述左氣缸進(jìn)氣壓縮(排氣)右氣缸壓縮(排氣)進(jìn)氣同級(jí)壓縮往復(fù)式壓縮機(jī)——級(jí)差式氣缸一往復(fù)壓縮機(jī)概述多級(jí)壓縮一往復(fù)壓縮機(jī)概述3.往復(fù)壓縮機(jī)的特點(diǎn)

排氣壓力與流量的關(guān)系不大，工作穩(wěn)定性較好；工作性能與氣體性質(zhì)關(guān)系不大，故適應(yīng)性較強(qiáng)；容易達(dá)到較高的壓力；熱效率較高；結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，易損壞零件較多氣體吸入和排出是間歇的，容易引起氣柱及管道的振動(dòng)。各類壓縮機(jī)的適用范圍二往復(fù)壓縮機(jī)的工作過(guò)程

壓縮機(jī)的理論循環(huán)壓縮機(jī)的實(shí)際循環(huán)多級(jí)壓縮壓縮機(jī)的理論循環(huán)1.基本概念一級(jí)：被壓縮氣體進(jìn)入工作腔完成一次氣體壓縮稱為一級(jí)，包括進(jìn)氣、壓縮、排氣等過(guò)程，也稱為一個(gè)工作循環(huán)。進(jìn)程：活塞向“外止點(diǎn)”運(yùn)動(dòng)時(shí)，稱為進(jìn)程?；爻蹋夯钊颉皟?nèi)止點(diǎn)”運(yùn)動(dòng)時(shí)，稱為回程。行程：活塞從一個(gè)止點(diǎn)到另一個(gè)止點(diǎn)的距離稱為行程“s”。外止點(diǎn)內(nèi)止點(diǎn)

氣體通過(guò)進(jìn)、排氣閥時(shí)無(wú)壓力損失，進(jìn)、排氣壓力沒(méi)有波動(dòng)，保持恒定；在排氣過(guò)程終了時(shí)，被壓縮氣體全部排出汽缸；工作腔作為一個(gè)孤立體與外界無(wú)熱交換；（等溫或絕熱過(guò)程）壓縮氣體為理想氣體，其過(guò)程指數(shù)為定值；壓縮和排氣過(guò)程無(wú)氣體泄漏。2.理論循環(huán)的特征壓縮機(jī)的理論循環(huán)對(duì)工作循環(huán)做如下假設(shè)壓縮機(jī)的理論循環(huán)外止點(diǎn)內(nèi)止點(diǎn)41：進(jìn)氣過(guò)程12：壓縮過(guò)程23：排氣過(guò)程理論工作循環(huán)過(guò)程：4123壓力指示圖（示功圖）3.理論工作循環(huán)過(guò)程進(jìn)氣狀態(tài)：P1，V1排氣狀態(tài)：P2，V2壓縮機(jī)的理論循環(huán)4.理論循環(huán)的指示功（1）理論進(jìn)氣量V1和行程容積VS指示功：壓縮機(jī)完成一個(gè)工作循環(huán)所消耗的外功。壓縮機(jī)的理論循環(huán)（2）指示功Wi（即示功圖上封閉循環(huán)圖的面積）絕熱壓縮理論循環(huán)指示功：等溫壓縮理論循環(huán)指示功：多變壓縮理論循環(huán)指示功：其中，K為絕熱指數(shù)，即此時(shí)過(guò)程指數(shù)m=k其中，m為過(guò)程指數(shù)結(jié)論：等溫壓縮過(guò)程的功耗最少，絕熱壓縮的功耗最多。即等溫壓縮最省功?！埃北硎净钊麑?duì)氣體做功（即外界作功）此時(shí)，過(guò)程指數(shù)m=1

任何工作腔都存在余隙容積；壓縮機(jī)的實(shí)際循環(huán)1.實(shí)際循環(huán)的特點(diǎn)（容積系數(shù)）排氣閥余隙容積氣缸蓋進(jìn)氣閥活塞環(huán)氣缸P2P1

余隙容積V0：排氣壓縮終了時(shí)，氣缸中殘留氣體所占的壓縮腔容積余隙容積包括：活塞與氣缸的間隙容積；氣閥片的通道容積；活塞頂部至第一活塞環(huán)間的容積

在進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)時(shí)，殘留于余隙容積中的高壓氣體要先進(jìn)行一個(gè)膨脹過(guò)程，從而影響了進(jìn)氣量氣體流經(jīng)進(jìn)、排氣閥和管道時(shí)必然有摩擦，由此產(chǎn)生壓力損失；壓縮機(jī)的實(shí)際循環(huán)1.實(shí)際循環(huán)的特點(diǎn)（壓力系數(shù)）

進(jìn)氣時(shí)，氣缸內(nèi)壓力P一般低于進(jìn)氣管道壓力P1;

排氣時(shí)，氣缸內(nèi)排氣壓力P高于排氣管道壓力P2;

氣體與各接觸壁間存在溫差，導(dǎo)致不斷有熱量吸入和放出；壓縮機(jī)的實(shí)際循環(huán)1.實(shí)際循環(huán)的特點(diǎn)（溫度系數(shù)）

進(jìn)氣時(shí)，氣體溫度低于氣缸壁，氣體吸熱;

壓縮過(guò)程中，吸熱壓縮絕熱壓縮放熱壓縮排氣時(shí)，氣體溫度高于氣缸壁，氣體放熱。

氣缸容積不可能絕對(duì)密封；

漏氣：進(jìn)、排氣閥；活塞環(huán)與氣缸壁間；填料密封

閥室容積不是無(wú)限大；往復(fù)壓縮機(jī)間斷地吸、排氣，使與工作腔相連部分產(chǎn)生壓力脈動(dòng)。（泄漏系數(shù)）（影響氣體壓力產(chǎn)生脈動(dòng)）

實(shí)際氣體與理想氣體存在差別；壓縮機(jī)的實(shí)際循環(huán)1.實(shí)際循環(huán)的特點(diǎn)理想氣體：實(shí)際氣體：

特殊條件下使用壓縮機(jī)，例如：

進(jìn)氣過(guò)程：壓力明顯降低;排氣過(guò)程：壓力明顯升高。壓縮機(jī)的實(shí)際循環(huán)cd：膨脹過(guò)程da：進(jìn)氣過(guò)程ab：壓縮過(guò)程bc：排氣過(guò)程2.實(shí)際工作循環(huán)過(guò)程實(shí)際循環(huán)的進(jìn)氣量VS2一定少于理論循環(huán)進(jìn)氣量VS壓力P1下的實(shí)際進(jìn)氣量余隙容積壓縮機(jī)的實(shí)際循環(huán)3.實(shí)際循環(huán)的進(jìn)、排氣量（1）容積系數(shù)λv——存在余隙容積V0其中：α＝V0/VS：相對(duì)余隙容積

ε＝p2/p1：名義壓力比；

m：膨脹指數(shù)容積系數(shù)λv是小于1的系數(shù)，表征了余隙容積對(duì)氣缸吸氣能力的影響注意：i）氣缸行程容積VS一定時(shí)，余隙容積越大，容積系數(shù)越小;ii）進(jìn)氣壓力一定時(shí)，排氣壓力越高，容積系數(shù)越小。壓縮機(jī)的實(shí)際循環(huán)（2）壓力系數(shù)λp——進(jìn)、排氣閥有壓力損失影響壓力系數(shù)的主要因素：

吸氣閥處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)的彈簧力進(jìn)氣管道中的壓力波動(dòng)pa：進(jìn)氣結(jié)束時(shí)工作腔內(nèi)的壓力壓力系數(shù)λp

（≤1）表示壓力降低對(duì)進(jìn)氣量減小的影響程度（即導(dǎo)致吸氣容積減小了ΔV2）。壓力系數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取：氣閥彈簧力設(shè)計(jì)正確時(shí)，第一級(jí)的壓力系數(shù)一般取0.95~0.98；對(duì)彈簧力相對(duì)氣體壓力小很多的其他級(jí)，壓力系數(shù)取0.98~1。壓縮機(jī)的實(shí)際循環(huán)（3）溫度系數(shù)λT——?dú)怏w與工作腔壁有熱交換

該級(jí)的壓力比；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：溫度系數(shù)可按照?qǐng)D2－12選取，一般在0.92~0.98Ta：進(jìn)氣結(jié)束時(shí)工作腔內(nèi)氣體的溫度溫度系數(shù)λT（＜1）表示進(jìn)入氣缸的氣體由于吸熱膨脹而使進(jìn)氣量減小的程度。

進(jìn)氣過(guò)程中氣缸壁及活塞傳給氣體的熱量；進(jìn)氣克服氣閥摩擦力做功轉(zhuǎn)化的熱量。Ta大于T1的原因：壓縮機(jī)的實(shí)際循環(huán)（4）泄漏系數(shù)λl——?dú)飧撞⒎墙^對(duì)密封

有油潤(rùn)滑壓縮機(jī)一般取0.90～0.98

無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)一般取0.85～0.95（5）實(shí)際循環(huán)進(jìn)氣量VS’和排氣量Vd其中：，稱為排氣系數(shù)；也稱容積效率，用ηV表示氣缸的活塞環(huán)；氣閥；填料密封主要的泄漏部位：其中：，稱為吸氣系數(shù)壓縮機(jī)的實(shí)際循環(huán)4.實(shí)際循環(huán)指示功Wi其中：δs,δ0：進(jìn)氣相對(duì)壓力損失和總的相對(duì)壓力損失對(duì)理想氣體對(duì)實(shí)際氣體注：實(shí)際氣體的指示功也可由P-V圖直接近似計(jì)算。（查圖2-14確定）1.多級(jí)壓縮的定義

多級(jí)壓縮是將氣體的壓縮過(guò)程分若干級(jí)進(jìn)行，并在每級(jí)壓縮之后導(dǎo)入中間冷卻器進(jìn)行冷卻。P1P2多級(jí)壓縮L型氮?dú)錃鈮嚎s機(jī)多級(jí)壓縮2.多級(jí)壓縮的優(yōu)缺點(diǎn)缺點(diǎn)：級(jí)數(shù)過(guò)多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜；級(jí)間管路增加，阻力損失增加，功耗增加；操作與維修困難等。優(yōu)點(diǎn)：

節(jié)省壓縮氣體的指示功；可以降低排氣溫度；

排氣溫度：可以提高容積系數(shù)λv

；可以降低活塞力。多級(jí)壓縮實(shí)際單級(jí)壓縮等溫單級(jí)壓縮3.級(jí)數(shù)的選擇選擇原則：

大、中型壓縮機(jī)：以最省功為原則；小型壓縮機(jī)：以每級(jí)允許的排氣溫度或結(jié)構(gòu)緊湊為原則；特殊氣體（易燃易爆等）：取決于每級(jí)允許的排氣溫度。選擇參考：往復(fù)壓縮機(jī)級(jí)數(shù)與終壓間的關(guān)系（表2-2）1234級(jí)數(shù)0.3～10.6～61.4～153.6～40終壓MPa5～615～100780～150多級(jí)壓縮最佳級(jí)數(shù)：從省功角度——使整個(gè)機(jī)器的等溫指示效率（理論等溫循環(huán)指示功與實(shí)際循環(huán)指示功之比）最高（圖2－19）常壓進(jìn)氣4.壓力比的分配z：壓縮機(jī)級(jí)數(shù)；pd

和ps為排氣、進(jìn)氣壓力；εt

為總壓力比。注意：i）實(shí)際中，為了平衡活塞力，可適當(dāng)調(diào)整等壓比原則；

ii）為增加進(jìn)氣量，第一級(jí)壓力比可取小些（提高λv

）；

iii）為方便氣量調(diào)節(jié)（或排氣溫度），最末一級(jí)壓力比也取小些。

多級(jí)壓縮過(guò)程中，常取等壓比原則分配壓力比。則各級(jí)壓力比為：

在理想條件下，對(duì)多級(jí)壓縮機(jī)，按各級(jí)壓力比相等分配總壓力比，等溫指示效率最高，即最省功。（參見(jiàn)相關(guān)參考書(shū)）多級(jí)壓縮三熱力性能三熱力性能1.吸、排氣壓力定義吸氣壓力——壓縮機(jī)第一級(jí)吸入管道處的氣體壓力，ps；排氣壓力——壓縮機(jī)末級(jí)排出接管處的氣體壓力，pd

。注意：壓縮機(jī)銘牌上的排氣壓力指的是額定值；壓縮機(jī)的實(shí)際吸、排氣壓力可以在較大允許范圍內(nèi)變化；注意區(qū)分壓縮機(jī)的“排氣壓力”和“級(jí)間壓力”；吸氣壓力一般與工作過(guò)程無(wú)關(guān)，實(shí)際排氣壓力則由排氣系統(tǒng)的壓力（即“背壓”）決定。三熱力性能

壓縮機(jī)的排氣壓力Pd由排氣系統(tǒng)的壓力P（也稱背壓）所決定。背壓P取決于進(jìn)入排氣系統(tǒng)的壓力與系統(tǒng)輸走的壓力是否平衡：

多級(jí)壓縮機(jī)級(jí)間壓力變化也服從上述規(guī)律。首先是第一級(jí)開(kāi)始建立背壓，然后是其后的各級(jí)依次建立背壓。壓縮機(jī)的排氣壓力（背壓）氣量供需平衡，則Pd=P;

氣量供過(guò)于求，則Pd

隨P不斷增加;氣量供不應(yīng)求，則Pd

隨P逐漸下降。三熱力性能壓縮機(jī)的進(jìn)、排氣系統(tǒng)類型

（一）（二）（三）（四）P1

和P2

均為常數(shù)。P1

為常數(shù)，P2

非常數(shù)P1

非常數(shù)，P2

為常數(shù)P1

，P2均非常數(shù)。2.排氣溫度定義：壓縮機(jī)的排氣溫度是指壓縮機(jī)末級(jí)排出氣體的溫度，應(yīng)在末級(jí)氣缸排氣法蘭接管處測(cè)得。各級(jí)的排氣溫度應(yīng)在相應(yīng)級(jí)的排氣管處測(cè)得。每一級(jí)的排氣溫度計(jì)算：注意：要了解限制排氣溫度的必要性：保證良好的潤(rùn)滑，避免“積炭”；考慮氣體自身性質(zhì)?？赏ㄟ^(guò)加強(qiáng)氣缸的冷卻、降低過(guò)程指數(shù)m或壓力比ε，降低排氣溫度。注意區(qū)分“排氣溫度”和“壓縮終了溫度”。三熱力性能壓縮機(jī)的排氣溫度計(jì)算：三熱力性能3.容積流量（排氣量）定義

容積流量通常是指單位時(shí)間內(nèi)壓縮機(jī)最后一級(jí)排出的氣體，換算到第一級(jí)進(jìn)口壓力和溫度時(shí)的氣體容積值，單位為m3/min或m3/h；通常用qv表示。注意：計(jì)算容積流量時(shí)，對(duì)于實(shí)際氣體要考慮其壓縮性系數(shù)；折算容積流量時(shí)，要將中途分離出去的氣體（水分等）體積加進(jìn)去，而將中途添加進(jìn)的氣體體積扣除。容積流量一定程度上反映了壓縮機(jī)的大小，但并不真正反映壓縮機(jī)的供氣能力。壓縮機(jī)銘牌上的容積流量指的是額定工況時(shí)的容積流量。三熱力性能容積流量的計(jì)算公式1其中，qvd：末級(jí)排出的氣體量，m3/min；

下標(biāo)s1

：第1級(jí)進(jìn)口狀態(tài)下的參數(shù)；下標(biāo)d：末級(jí)狀態(tài)下的參數(shù)；

Z：壓縮性系數(shù)，對(duì)理想氣體值為1；

qvφ：分離的水分換算到第1級(jí)進(jìn)口狀態(tài)的容積流量，m3/min；

qvc：中途除掉的氣體換算到第1級(jí)進(jìn)口狀態(tài)的容積流量，m3/min；若為加入的氣體，則取負(fù)值。

：一級(jí)進(jìn)口相對(duì)濕度；

PSa1：進(jìn)氣溫度下的水蒸氣的飽和蒸汽壓?；蛘呷裏崃π阅苋莘e流量的計(jì)算公式2（理論計(jì)算）其中，VS1：第一級(jí)氣缸的行程容積，m3；：第一級(jí)氣缸的容積系數(shù)；：第一級(jí)氣缸的壓力系數(shù)；

：第一級(jí)氣缸的溫度系數(shù)；：第一級(jí)氣缸的泄漏系數(shù)；

ηv1

：第一級(jí)的容積效率

n：壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，r/min。或4.各級(jí)工作容積的確定其中，qv：壓縮機(jī)的容積流量，m3/min；

ηv1

：第一級(jí)的容積效率；n：壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min第一級(jí)的工作容積為：任意i級(jí)的工作容積為：其中，下標(biāo)1和i分別表示壓縮機(jī)的第1級(jí)和第i級(jí)；

λc：任意i級(jí)前