第二章 活塞式壓縮機(jī)

1、 第四章第四章 活塞式壓縮機(jī)活塞式壓縮機(jī)4.1.1壓縮機(jī)的用途、種類及應(yīng)用范圍壓縮機(jī)的用途、種類及應(yīng)用范圍4.1.2活塞式壓縮機(jī)的基本構(gòu)造和工作過(guò)程活塞式壓縮機(jī)的基本構(gòu)造和工作過(guò)程4.1.3 活塞壓縮機(jī)的分類、優(yōu)缺點(diǎn)及型號(hào)編制活塞壓縮機(jī)的分類、優(yōu)缺點(diǎn)及型號(hào)編制4.1.4活塞式壓縮機(jī)的歷史及發(fā)展活塞式壓縮機(jī)的歷史及發(fā)展 4.1 4.1 概述概述（一）壓縮機(jī)的用途 壓縮機(jī)是一種輸送氣體和提高氣體壓力的機(jī)器，它的用途十分廣泛，如冶金、礦山、機(jī)械和國(guó)防等，尤其是在石油、化工生產(chǎn)中，壓縮機(jī)已成為必不可少的設(shè)備。 壓縮機(jī)用途可分為四個(gè)方面： 在石油、化工生產(chǎn)中的應(yīng)用合成及聚合 如氮?dú)錃夂铣砂睔?，氫氣與二氧

2、化碳合成生成甲醇，高壓下生產(chǎn)聚乙烯等。氣體輸送。制冷和氣體分離在動(dòng)力工程中的應(yīng)用壓縮機(jī)壓縮機(jī)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(zhuǎn)式回轉(zhuǎn)式往復(fù)式往復(fù)式活塞式膜片式螺桿式滑片式轉(zhuǎn)子式 應(yīng)用1.容積式壓縮機(jī) 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(jī)器。一般這類壓縮機(jī)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(fù)式和回轉(zhuǎn)式兩種結(jié)構(gòu)。如圖2.速度式壓縮機(jī)利用高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子將其機(jī)械能傳給氣體，并使氣體機(jī)械能中的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)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(jī)的基本結(jié)構(gòu)活塞壓縮機(jī)的基本結(jié)

3、構(gòu)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(jī)身。機(jī)身。3LC-4.5/25空壓機(jī)空壓機(jī)2.3 2.3 活塞壓縮機(jī)的命名（活塞壓縮機(jī)的命名（JB25-89JB25-89）第二節(jié) 氣體輸送和壓縮機(jī)械氣體輸送和壓縮機(jī)械 一、用途1輸送氣體2產(chǎn)生高壓氣體3產(chǎn)生真空二、分類 通風(fēng)機(jī) 終壓14.7kPa (表) 鼓風(fēng)機(jī) 終壓=14.7294kPa(表)，壓縮比4按出口的氣體的壓強(qiáng)分 壓縮機(jī)

4、 終壓294kPa (表)，壓縮比4 真空泵 終壓=Pa (大氣壓)，初壓為負(fù)壓三、離心通風(fēng)機(jī)1分類 低壓離心通風(fēng)機(jī) 終壓0.9807kPa (表) 中壓離心通風(fēng)機(jī) 終壓 =0.98072.942kPa (表) 高壓離心通風(fēng)機(jī) 終壓 =2.94214.7kPa (表)2原理： 與離心泵相似3結(jié)構(gòu)： 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(fēng)量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)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(fēng)壓：?jiǎn)挝惑w積的氣體流徑風(fēng)機(jī)后，所獲得的能量，HT，J/m3=Pa，mmH2O。 風(fēng)壓也由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，裝置與測(cè)泵揚(yáng)程的裝置相似，原理如

5、下： 在風(fēng)機(jī)進(jìn)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(yīng)HT、HST、N、與Q之間函數(shù)關(guān)系的曲線。 6選擇 (1) 確定輸送系統(tǒng)的風(fēng)量和風(fēng)壓 生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)口(吸入)態(tài)風(fēng)量Q 管路系統(tǒng)實(shí)際風(fēng)壓 實(shí)驗(yàn)風(fēng)壓HT (2) 確定風(fēng)機(jī)的類型和型號(hào) 氣體性質(zhì) 實(shí)驗(yàn)風(fēng)壓范圍 進(jìn)口(吸入)態(tài)風(fēng)量 實(shí)驗(yàn)風(fēng)壓HT QHTQHstQQN 類型型號(hào)四、離心鼓風(fēng)機(jī) 又稱透平鼓風(fēng)機(jī)，結(jié)構(gòu)和原理與多級(jí)離心泵類似，但葉輪級(jí)數(shù)多一些，轉(zhuǎn)速也較高，固能產(chǎn)生更高的壓強(qiáng)。五、離心壓縮機(jī) 結(jié)構(gòu)和原理與離心鼓風(fēng)機(jī)的相似，只是離心壓縮機(jī)的級(jí)數(shù)更多，可十級(jí)以上，一般要分段，段間設(shè)置中間冷卻器，且葉輪逐級(jí)縮小。六、羅茨

6、鼓風(fēng)機(jī) 結(jié)構(gòu)如圖，原理與齒輪泵相似。七、液環(huán)壓縮機(jī) 結(jié)構(gòu)如圖，原理為：當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，液體被拋向殼體，形成一層橢圓型的液環(huán)，在橢圓型長(zhǎng)軸兩端形成兩個(gè)月牙型空間。當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，月牙型空間的內(nèi)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(jié)構(gòu)如圖，原理與液環(huán)壓縮機(jī)相似。 2噴射泵 結(jié)構(gòu)如圖，原理為動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能。九、往復(fù)壓縮機(jī) 1結(jié)構(gòu)如圖 2原理一、往復(fù)壓縮機(jī)的工作過(guò)程：假設(shè)： 理想氣體 無(wú)氣閥阻力 無(wú)泄漏 1p2p(1) 理想壓縮循環(huán)：活塞與氣缸端蓋之間沒(méi)有空隙或沒(méi)有余隙。a. 過(guò)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(shí)際壓縮循環(huán)：活塞與氣缸端蓋之間有空隙或有余隙。a. 過(guò)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(guò)體積之比，即 d. 容積系數(shù)：吸氣體積與活塞掃過(guò)體積之比，即 1p2p4312 , 2 ,2 VpV1p2p4312pe. 0與的關(guān)系式中 m多變指數(shù)，1mk； k絕熱指數(shù)。所以 當(dāng)壓縮比高到一定程度的時(shí)候，容積系數(shù)可能變?yōu)榱恪?性能參數(shù)(1) 排氣量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)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(shí)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(dòng)阻力 能量損失a 部件摩擦c. 軸功率4多級(jí)壓縮(1) 流程(2) 采用多級(jí)壓縮的理由a. 避免排出氣體溫度過(guò)高b. 減少功耗c. 提高氣缸容積利用率d. 壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)更合理3類型 單級(jí) 單動(dòng) 雙級(jí) 多級(jí) 雙動(dòng) 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(jī) 氨氣壓縮機(jī)按被壓縮的氣體 氫氣壓縮機(jī) 天然氣壓縮機(jī) 氯氣壓縮機(jī) 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(zhì)種類 廠 房型式 生產(chǎn)任務(wù)排氣量 工藝條件排氣壓力 類

9、型(2) 往復(fù)式壓縮機(jī)往復(fù)式壓縮機(jī) 結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)構(gòu)和工作原理 與往復(fù)泵相似 吸入和排出閥更加靈巧12340V2V1VP1P2 無(wú)余隙壓縮循環(huán)56 無(wú)余隙壓縮循環(huán)無(wú)余隙壓縮循環(huán)21VVpdV壓縮：22220VpVp ）（排氣：1111)0(VpVp吸氣：112221VpVppdVWVVs21ppsVdpWconstkVpVpii1121ppsdppkW121112lnlnppVpppkWs整個(gè)循環(huán)活塞對(duì)氣體所作的功：等溫壓縮循環(huán)：等溫壓縮循環(huán)：12340V2V1VP1P2 無(wú)余隙壓縮循環(huán)5612340V2V1VP1P2無(wú)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(duì)于石油氣壓縮機(jī)用空氣試車或用氮?dú)庵脫Q石油氣時(shí)，務(wù)須注意超負(fù)荷和超溫的問(wèn)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(wú)余隙時(shí)：大、中型壓縮機(jī)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(guò)程：多變壓縮過(guò)程：討論：討論：壓縮比一定時(shí),，0 一定，壓縮機(jī)達(dá)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(chǎn)能力或吸氣量生產(chǎn)能力或吸氣量): 將壓縮機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)排出的氣體體積換算成吸入狀態(tài)下的數(shù)值。無(wú)余隙時(shí)的理論吸氣量：rFVsnA

12、qmin，單缸單動(dòng)泵：rfFVsnAAq）（單缸雙動(dòng)泵：，2min實(shí)際吸氣量實(shí)際吸氣量 理論吸氣量理論吸氣量實(shí)際排氣量：實(shí)際排氣量：min,min,VdVqq由于泄露，實(shí)際排氣量實(shí)際排氣量 理論軸功率大理論軸功率大 多級(jí)壓縮多級(jí)壓縮三級(jí)壓縮機(jī)流程圖1級(jí)2級(jí)3級(jí)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(guò)高； 機(jī)械結(jié)構(gòu)不合理。 一般地，壓縮比 8時(shí)，應(yīng)采用多級(jí)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(jī)功耗。（a）多級(jí)壓縮與單級(jí)壓縮所需軸功的比較）多級(jí)壓縮與單級(jí)壓縮所需軸功的比

13、較三級(jí)壓縮所需外功常用的級(jí)數(shù)：2 6 級(jí)分三級(jí)絕熱壓縮所需的軸功分三級(jí)絕熱壓縮所需的軸功 一級(jí)絕熱壓縮所需軸功一級(jí)絕熱壓縮所需軸功（b） 多級(jí)壓縮級(jí)間壓力的確定多級(jí)壓縮級(jí)間壓力的確定若每級(jí)按無(wú)余隙循環(huán)可逆多變過(guò)程考慮，且各級(jí)氣體入口溫度相同，經(jīng)推導(dǎo)得：nniniiiiiipppppppppp12) 1( ,2 ,3 ,1 ,2 ,11 ,1111211min,nkksppVpknkW最小軸功：最小軸功：說(shuō)明：說(shuō)明：每級(jí)壓縮比相等，每級(jí)所需軸功也相等。此時(shí)，所需總功最小。 壓縮機(jī)的分類和構(gòu)造壓縮機(jī)的分類和構(gòu)造分類方法分類方法:（a） 吸、排氣體方式：?jiǎn)蝿?dòng)、復(fù)動(dòng)（b） 壓縮級(jí)數(shù)： 單級(jí)（壓縮比28）； 兩級(jí)（壓縮比850）； 多級(jí)（壓縮比1001000）。（c） 終壓 ： 低壓（10.133105Pa）； 中壓（10.133101.33105Pa）； 高壓（101.331013.3105Pa）。（d） 生產(chǎn)能力：小