往復式與離心式壓縮機

往復式與離心式壓縮機第1頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四

1、往復式壓縮機的基本結構和工作原理往復壓縮機的結構、工作原理與往復泵的比較相近。但因為氣體的密度小、可壓縮，故壓縮機的吸入和排出活門必須更加靈巧精密；往復壓縮機主要部件有活塞、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，必須附設冷卻裝置。往復壓縮機第2頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四2、往復壓縮機的工作過程①實際壓縮循環(huán)實際壓縮循環(huán)指的是壓縮機有余隙時的工作循環(huán)。所謂余隙是指排氣終了時，活塞與汽缸端蓋之間留有的空隙。一個實際壓縮循環(huán)有氣體壓縮、排氣、余隙氣體膨脹和吸氣四個過程。見壓縮機實際工作循環(huán)。往復壓縮機第3頁，共25頁，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，共25頁，2023年，2月20日，星期四2、往復壓縮機的工作過程②壓縮過程中氣體溫度變化和功耗等溫壓縮過程的功耗最小，見圖中1-2-3-4圍成的面積;而絕熱壓縮功耗最大，見圖中1-2

-3-4圍成的面積。實際壓縮過程采用冷卻裝置，使其功耗接近于等溫過程，其功耗介于等溫和絕熱兩者之間，見圖中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。往復壓縮機第5頁，共25頁，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，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壓縮循環(huán)的功耗W可由下兩式確定往復壓縮機第6頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四

以上兩式說明：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，共25頁，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與活塞推進一次所掃過體積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。其表達式為

一般大、中型壓縮機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12%左右。

第8頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四

壓縮機一次循環(huán)實際吸入的氣體體積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。其表達式為對于多變壓縮過程，V4

與V3之間的關系為第9頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四

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

上式說明：當壓縮比一定時，余隙系數(shù)增大，容積系數(shù)減小。當余隙系數(shù)一定時，壓縮比增大，容積系數(shù)減小，當壓縮比增大到一定程度時，容積系數(shù)為零，此時所對應的壓縮比稱為最大壓縮比。第10頁，共25頁，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—活塞每分鐘往復的次數(shù)，1/min。式中3、往復壓縮機的主要性能參數(shù)

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

d—排氣系數(shù)。

往復壓縮機的實際吸氣量為第12頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四

②軸功率與效率單級壓縮機絕熱壓縮理論功率Na為式中Na—絕熱壓縮理論功率，kW。實際軸功率N為

式中N—軸功率，kW；

a—絕熱總效率，一般a=0.7~0.9，設計完善的壓縮機a0.8。第13頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四

4、多級壓縮實際生產(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，引起汽缸內潤滑油碳化或油霧爆炸等問題。因此當壓縮比大于8時，必須采用多級壓縮。

采用多級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。多級壓縮的級數(shù)多為2至6級，每級壓縮比約為3至5。第14頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四5、往復壓縮機的類型與選用

①往復壓縮機的類型

按在活塞的一側或兩側吸、排氣體分為：單動、雙動往復式壓縮機。

按氣體受壓的次數(shù)分為：單級、雙級和多級往復壓縮機。按所壓縮氣體的種類分為：空氣壓縮機、氨氣壓縮機、氫氣壓縮機和石油氣壓縮機等。

按壓縮機所產(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。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，角式壓縮機又可根據(jù)幾個汽缸之間的相互配置分為L形、V形和W形。第15頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四

②往復壓縮機的選用首先根據(jù)所壓縮氣體的性質，確定使用壓縮機的種類，是空壓機還是石油氣壓縮機；其次是根據(jù)生產(chǎn)任務及廠房的具體條件確定壓縮機的結構型式，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，在壓縮機樣本或產(chǎn)品目錄中選擇合適的型號。第16頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四

6、往復壓縮機的排氣量調節(jié)

①補充余隙調節(jié)法。②頂開吸入閥調節(jié)法。③旁路回流調節(jié)法。④降低吸入壓強調節(jié)法。

⑤改變轉速調節(jié)法。

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

離心壓縮機的主要優(yōu)點：體積小，重量輕，運轉平穩(wěn)，排氣量大而均勻，占地面積小，操作可靠，調節(jié)性能好，備件需要量少，維修方便，壓縮絕對無油，非常適宜處理那些不宜與油接觸的氣體。主要缺點：當實際流量偏離設計點時效率下降，制造精度要求高，不易加工。近年來在化工生產(chǎn)中，除了要求終壓特別高的情況外，離心壓縮機的應用已日趨廣泛。離心式壓縮機第20頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四

國產(chǎn)離心壓縮機的型號代號的編制方法有許多種。有一種與離心鼓風機型號的編制方法相似，例如LTl85—13—1，為石油裂解氣離心壓縮機。流量為185m3／min，有13級葉輪，第1次設計的產(chǎn)品。離心壓縮機作為冷凍機使用時，型號代號表示出其冷凍能力。還有其他的型號代號編制法，可參看其使用說明書。離心式壓縮機第21頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四2、離心壓縮機的性能曲線與調節(jié)離心壓縮機的性能曲線與離心泵的特性曲線相似，是由實驗測得。圖為典型的離心壓縮機性能曲線，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。離心壓縮機也有一個設計點，實際流量等于設計流量時，效率η最高；流量與設計流量偏離越大，則效率越低；一般流量越大，壓縮比ε越小，即進氣壓強一定時流量越大出口壓強越小。離心式壓縮機第22頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四

當實際流量小于性能曲線所表明的最小流量時，離心壓縮機就會出現(xiàn)一種不穩(wěn)定工作狀態(tài)，稱為喘振。喘振現(xiàn)象開始時，由于壓縮機的出口壓強突然下降，不能送氣，出口管內壓強較高的氣體就會倒流入壓縮機。發(fā)生氣體倒流后，使壓縮機內的氣量增大，至氣量超過最小流量時，壓縮機又按性能曲線所示的規(guī)律正常工作，重新把倒流進來的氣體壓送出去。離心式壓縮機第23頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四

壓縮機恢復送氣后，機內氣量減少，至氣量小于最小流量時，壓強又突然下降，壓縮機出口處壓強較高的氣體又重新倒流入壓縮機內，重復出現(xiàn)上述的現(xiàn)象。這樣，周而復始地進行氣體的倒流與排出。在這個過程中，壓縮機和排氣管系統(tǒng)產(chǎn)生一種低頻率高振幅的壓強脈動，使葉輪的應力增加，噪聲加重，整個機器強烈振動，無法工作。由于離心壓縮機有可能發(fā)生喘振現(xiàn)象，它的流量操作范圍受到相當嚴格的限制，不能小于穩(wěn)定工作范圍的最小流量。一般最小流量為設計流量的70％～85％。壓縮機的最小流量隨葉輪的轉速的減小而降低，也隨氣體進口壓強的降低而降低。離心式壓