容積式壓縮機(jī)市公開(kāi)課特等獎(jiǎng)市賽課微課一等獎(jiǎng)?wù)n件

4容積式壓縮機(jī)*容積式壓縮機(jī)經(jīng)過(guò)改變工作腔容積來(lái)提升壓力壓縮機(jī)。包含往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式兩種。*特點(diǎn)

①

出口壓力與流量改變關(guān)系不大，工作穩(wěn)定性很好。

②壓縮機(jī)對(duì)氣體適應(yīng)性強(qiáng)，且輕易到達(dá)較高壓力。

③

級(jí)效率較高。級(jí)理論循環(huán)指示功

/實(shí)際指示功

④

結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，氣體吸入與排出含有間歇性。4.1往復(fù)壓縮機(jī)工作原理4.1.1組成部分第1頁(yè)*工作腔：氣閥、氣缸、活塞等。*傳動(dòng)部分：曲軸、連桿、十字頭、活塞桿等。*機(jī)身部分*輔助設(shè)備：油路、水路、調(diào)整系統(tǒng)。第2頁(yè)4.1.2級(jí)壓縮過(guò)程與壓縮功4.1.2.1壓縮機(jī)級(jí)理論循環(huán)*理論循環(huán)特征（假設(shè)）①氣體經(jīng)過(guò)進(jìn)、排氣閥無(wú)壓力損失，且進(jìn)、排氣壓力保持恒定；②

無(wú)余隙容積；③工作腔與外界無(wú)熱交換；④氣體壓縮過(guò)程指數(shù)為定值；⑤氣體無(wú)泄漏。*理論工作循環(huán)

進(jìn)氣過(guò)程：氣缸壓力=進(jìn)氣管道中壓力，且為定值。

壓縮過(guò)程：過(guò)程指數(shù)

為定值。

排氣過(guò)程：氣缸壓力=排氣管道中壓力，且為定值。第3頁(yè)*理論循環(huán)進(jìn)氣量*理論循環(huán)指示功循環(huán)所消耗外功。設(shè)氣體

對(duì)

活塞作功為正，

活塞

對(duì)

氣體作功為負(fù)。

進(jìn)氣過(guò)程功：排出過(guò)程功：壓縮過(guò)程功：總指示功Wi：第4頁(yè)*理想氣體絕熱壓縮過(guò)程：

絕熱壓縮理論循環(huán)指示功：*過(guò)程指數(shù)m

對(duì)壓縮機(jī)耗功和熱量影響

△耗功：m↑，壓縮機(jī)耗功↑第5頁(yè)

△熱量傳遞：陰影部分為壓縮過(guò)程熱量交換

吸熱為負(fù)，放熱為正。第6頁(yè)4.1.2.2級(jí)實(shí)際循環(huán)*實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)差異①余隙容積V0

△

氣缸蓋端面

—

活塞端面；

△

氣缸

—進(jìn)、排氣閥通道；

△

活塞

—

氣缸徑向間隙在第1道活塞環(huán)

之前。第7頁(yè)②氣流流經(jīng)進(jìn)、排氣閥和管道時(shí)摩擦損失（壓力損失）

△進(jìn)氣過(guò)程中：

氣缸壓力＜進(jìn)氣管道

中名義進(jìn)氣壓力p1

實(shí)際進(jìn)氣過(guò)程始點(diǎn)：d點(diǎn)非4點(diǎn)

△排氣過(guò)程中：

排氣壓力＞排氣管道中名義排氣壓力p2

實(shí)際排氣過(guò)程始點(diǎn)：b點(diǎn)非2點(diǎn)第8頁(yè)③循環(huán)過(guò)程中熱量傳遞

吸入

過(guò)程—?dú)怏w被加熱

排出

過(guò)程—?dú)怏w放熱

壓縮

過(guò)程—

吸熱（開(kāi)始）

→

絕熱

→

放熱

膨脹過(guò)程—

放熱→絕熱→吸熱第9頁(yè)④密封

密封部位：△氣閥

—

氣缸與進(jìn)、排氣系統(tǒng)之間

△活塞環(huán)

—

活塞

與

氣缸之間

△

填料

—

活塞桿經(jīng)過(guò)氣缸部分（Fig.2-1⑨）

高壓區(qū)→低壓區(qū)泄漏

→

壓縮和膨脹過(guò)程較平坦。第10頁(yè)⑤進(jìn)、排氣系統(tǒng)相對(duì)較小容積→進(jìn)氣時(shí)壓力↓，排氣時(shí)壓力↑普通與②摩擦項(xiàng)

合算。（Fig.2-21

atpage26）⑥實(shí)際氣體與理想氣體差異

狀態(tài)方程：

Z—

壓縮性系數(shù)，

與氣體性質(zhì)、壓力、溫度相關(guān)。

過(guò)程方程：第11頁(yè)*實(shí)際循環(huán)進(jìn)氣量①行程容積Vh：

理論循環(huán)

中，活塞每個(gè)行程所吸進(jìn)氣量。壓力與溫度仍為原始?xì)怏w壓力p1和溫度T1。

實(shí)際循環(huán)

中，活塞每個(gè)行程實(shí)際吸進(jìn)氣量，若折合成

原始?jí)毫蜏囟龋╬1、T1）＜

行程容積Vh。第12頁(yè)②實(shí)際循環(huán)吸氣量Vs0（考慮泄漏量）：第13頁(yè)△

進(jìn)氣系數(shù)：實(shí)際吸進(jìn)容積（不考慮泄漏）Vs/行程容積Vh

容積系數(shù)：

壓力系數(shù)：

溫度系數(shù)：p2p1第14頁(yè)△容積系數(shù)：余隙容積

中高壓氣體膨脹，占去了活塞一部分行

λV

程，使吸進(jìn)氣體降低了ΔV1；（Fig.2-9atp17）

p2p1第15頁(yè)

膨脹過(guò)程方程：由此可得：代入得：

其中，α—

相對(duì)余隙容積，大小取決于氣閥

在氣缸上布置方式。低壓級(jí)0.07～0.12，中壓級(jí)0.09～0.14，高壓級(jí)0.11～0.16。p2p1第16頁(yè)ε—名義壓力比，p2/p1，單級(jí)普通3～4；

n—膨脹指數(shù)；大小取決于氣體性質(zhì)，以及膨脹過(guò)程

傳給氣體熱量

：傳給熱量多，膨脹指數(shù)小，膨脹過(guò)程趨于等溫過(guò)程；傳給熱量少，膨脹指數(shù)大，膨脹過(guò)程趨于絕熱過(guò)程。（可依據(jù)對(duì)應(yīng)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算）

注：通常，膨脹指數(shù)

＜

壓縮指數(shù)：①相對(duì)傳熱面積大

膨脹過(guò)程

中氣體容積

/包圍這部分氣體氣缸表面積之比

＜

壓縮過(guò)程

中氣體容積

/

所包圍氣缸表面積之比

②溫差大氣缸靠近缸蓋部位及活塞表面

溫度都較高，所以溫差對(duì)膨脹過(guò)程來(lái)說(shuō)也要大些。故膨脹過(guò)程傳給氣體熱量可能要比壓縮過(guò)程傳出熱量多。第17頁(yè)對(duì)于實(shí)際氣體：

Z-膨脹/壓縮終了壓縮性系數(shù)第18頁(yè)△壓力系數(shù)：進(jìn)氣阻力和閥腔中壓力脈動(dòng)→pa＜p1，λp將壓力為pa

吸氣量折合為

p1

進(jìn)氣量。

影響原因：進(jìn)氣閥

關(guān)閉時(shí)彈簧力；

進(jìn)氣導(dǎo)管

中壓力波動(dòng)。

進(jìn)氣閥關(guān)閉時(shí)彈簧力：氣閥彈簧力設(shè)計(jì)正確，進(jìn)氣壓力靠近大

氣壓時(shí)，第一級(jí)λp=0.95～0.98，其余各級(jí)λp=0.9８～1.0。

進(jìn)氣導(dǎo)管中壓力波動(dòng)：決定于進(jìn)氣終了時(shí)進(jìn)入氣缸氣流壓力波

相位和波幅大?。?/p>

波峰，增壓，pa＞p1；反之pa＜p1。p1第19頁(yè)△溫度系數(shù)：大小取決于進(jìn)氣過(guò)程中加給

氣體熱量。λT

熱量有兩個(gè)起源：

其一:進(jìn)氣過(guò)程中，自通道、缸壁和活塞傳給熱量，與壁面和氣體溫差、活塞平均速度、氣體密度

相關(guān)；

壁面溫度主要取決于：壓力比、氣缸冷卻、氣閥結(jié)構(gòu)。

其二:為進(jìn)氣過(guò)程中因?yàn)閴毫p失

所消耗功，也變成熱量加給氣體。（Fig.名義進(jìn)氣壓力線與進(jìn)氣壓力線所圍面積）普通情況下，λT=0.90～0.98

△泄漏系數(shù)：普通有油潤(rùn)滑壓縮機(jī)λl=0.90～0.98；

無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)λl=0.85～0.95。第20頁(yè)4.1.2.3壓縮機(jī)級(jí)循環(huán)指示功

*實(shí)際循環(huán)指示功：

假設(shè)：進(jìn)、排氣過(guò)程壓力采取平均值；

壓縮與膨脹過(guò)程指數(shù)

用定值表示且相等。

其中：

δs—進(jìn)氣相對(duì)壓力損失

δ0—

進(jìn)、排氣過(guò)程中

總相對(duì)壓力損失第21頁(yè)δd—排氣相對(duì)壓力損失ε—名義壓力比

m—壓縮過(guò)程指數(shù)

低壓級(jí)：m=（0.95～0.99）k

中、高壓級(jí)：m=k

氣缸冷卻良好，m值較小。第22頁(yè)4.1.3多級(jí)壓縮（中間冷卻）4.1.3.1多級(jí)壓縮理由①節(jié)約壓縮氣體指示功（Fig.）

節(jié)約功根本原因?yàn)橹虚g冷卻。第23頁(yè)②降低排氣溫度

排氣溫度往往是限制壓縮機(jī)壓力比提升主要原因。潤(rùn)滑油粘性、積炭、腐蝕、爆炸。③提升容積系數(shù)多級(jí)壓縮→每級(jí)ε↓→余隙容積

中氣體膨脹所占容積↓→氣缸實(shí)際吸氣量↑④降低活塞力多級(jí)壓縮每級(jí)

容積（Fig.）因冷卻而逐步↓

→

行程相同時(shí)，活塞面積↓

→活塞所受氣體力↓

→

每級(jí)

運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)重量

↓，機(jī)器效率↑第24頁(yè)4.1.3.2級(jí)數(shù)選擇*級(jí)數(shù)對(duì)性能影響

級(jí)數(shù)↑→

循環(huán)指示功↓；

機(jī)器重量↑；

摩擦、流動(dòng)損失↑。*

大、中型壓縮機(jī)級(jí)數(shù)選擇：普通以最省功為標(biāo)準(zhǔn)。

小型移動(dòng)壓縮機(jī)：重量

為主要矛盾，

級(jí)數(shù)多取決于每級(jí)允許排氣溫度。

*往復(fù)式壓縮機(jī)級(jí)數(shù)與終壓間關(guān)系：Table2-2atpage24第25頁(yè)4.1.3.3壓力比分配最省功標(biāo)準(zhǔn)：多級(jí)（z級(jí)）壓縮機(jī)，中間冷卻完善（即級(jí)間溫度

Tx=T1），消耗功最省條件為各級(jí)壓力比相等，且等于總壓力比開(kāi)z次方。（推導(dǎo)過(guò)程略）

理想氣體時(shí)，各級(jí)壓力比相等即各級(jí)消耗功相等。

4.1.3.4各級(jí)工作容積確實(shí)定（略）

第26頁(yè)4.1.4氣閥（自學(xué)）4.1.4.1氣閥結(jié)構(gòu)4.1.4.2氣閥工作原理4.1.5往復(fù)壓縮機(jī)密封（自學(xué)）4.1.5.1活塞環(huán)4.1.5.2填料密封4.1.5.3密封件材料4.1.6輔助設(shè)備（自學(xué)）4.1.6.1潤(rùn)滑及潤(rùn)滑設(shè)備

①潤(rùn)滑方式：飛濺潤(rùn)滑、噴霧潤(rùn)滑、壓力潤(rùn)滑。

②潤(rùn)滑油選擇4.1.6.2冷卻系統(tǒng)

①風(fēng)冷系統(tǒng)②水冷系統(tǒng)4.1.6.3管路系統(tǒng)第27頁(yè)4.2熱力性能、動(dòng)力性能、調(diào)整與控制4.2.1容積式壓縮機(jī)主要熱力性能指標(biāo)與結(jié)構(gòu)參數(shù)4.2.1.1吸氣壓力和排氣壓力

第一級(jí)

吸入管道處和末級(jí)

排出接管處氣體壓力。（吸、排氣壓力可在很大范圍內(nèi)

調(diào)整）4.2.1.2容積流量和供氣量*容積流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)壓縮機(jī)最終一級(jí)

排出

氣體，換算到

第一級(jí)

進(jìn)口狀態(tài)壓力

和溫度

時(shí)氣體容積值。*額定容積流量：特定進(jìn)口狀態(tài)時(shí)容積流量。第28頁(yè)注：

△

壓力改變范圍較大時(shí)應(yīng)考慮氣體可壓縮性。

△被壓縮氣體含有水蒸氣

時(shí)，

氣體壓力↑→水蒸氣分壓↑；若冷卻，且水蒸氣分壓＞冷卻后氣體溫度所對(duì)應(yīng)飽和蒸汽壓

→水蒸氣從氣體中凝結(jié)析出。（計(jì)算容積流量時(shí)應(yīng)加上析出液體和氣體，減去加入氣體）*供氣量或標(biāo)準(zhǔn)容積流量：容積流量折算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（1atm，0℃或15℃）時(shí)干氣容積值。第29頁(yè)4.2.1.3排氣溫度壓縮機(jī)末級(jí)排出氣體溫度。4.2.1.4功率和效率*功與功率指示功Ni：直接用于壓縮氣體功。

摩擦功：用于克服機(jī)械摩擦功。

軸功Nz：主軸需要總功，指示功+摩擦功。

比功率：?jiǎn)挝蝗莘e流量

所消耗功。常作為經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)（同類型壓縮機(jī)比較，應(yīng)在

排氣壓力

相同，冷卻工況相同

條件下進(jìn)行。）*效率△機(jī)械效率ηm：指示功率/軸功率中、大型壓縮機(jī)ηm：0.90～0.96；小型壓縮機(jī)ηm：0.85～0.92；微型壓縮機(jī)ηm：0.82～0.90。第30頁(yè)注：往復(fù)活塞式壓縮機(jī)分類：按排氣壓力鼓風(fēng)機(jī)、低壓壓縮機(jī)（1MPa）、中壓壓縮機(jī)（10MPa）、高壓壓縮機(jī)（100MPa）、超高壓壓縮機(jī)（＞100MPa）（離心式壓縮機(jī)：通風(fēng)機(jī)＜15kPa；

15kPa＜鼓風(fēng)機(jī)＜340kPa；壓氣機(jī)＞340kPa）按排氣量范圍（m3/min，按進(jìn)氣狀態(tài)計(jì)）微型壓縮機(jī)：＜1小型壓縮機(jī)：1～10中型壓縮機(jī)：10～60大型壓縮機(jī)：＞60按氣缸排列方式（Fig.2-47atpage52）立式、臥式、對(duì)動(dòng)式、對(duì)置式、角度式。按級(jí)數(shù)單級(jí)、兩級(jí)、多級(jí)。按氣缸容積利用方式單作用式、雙作用式、級(jí)差式（Fig.2-28atpage36）。第31頁(yè)△等溫效率（普通指等溫軸效率）等溫

指示效率ηi-is：按照第一級(jí)進(jìn)口溫度，等溫壓縮到排氣壓力時(shí)理論等溫循環(huán)指示功/實(shí)際

循環(huán)指示功等溫

軸效率（全等溫效率）ηis：理論等溫循環(huán)指示功率/實(shí)際循環(huán)軸功率。通常壓縮機(jī)ηis＝0.60～0.75（上限普通指中、大型壓縮機(jī)，下限指高速小型壓縮機(jī)）△絕熱效率（普通指絕熱軸效率）絕熱軸效率：理論絕熱循環(huán)指示功

/實(shí)際循環(huán)軸功率大型壓縮機(jī)ηad：0.80～0.85；中型壓縮機(jī)ηad：0.70～0.80；小型壓縮機(jī)ηad：0.65～0.70。注：實(shí)際

壓縮機(jī)壓縮過(guò)程趨于絕熱

過(guò)程。多級(jí)壓縮級(jí)數(shù)不一樣時(shí)，不能直接反應(yīng)功率消耗指標(biāo)先進(jìn)是否。第32頁(yè)4.2.1.5活塞平均速度

活塞速度：隨曲軸轉(zhuǎn)角而改變。

活塞平均速度：

對(duì)壓縮機(jī)性能影響：①對(duì)壓縮機(jī)摩擦副耐久性影響。

②

對(duì)氣閥布置影響。4.2.1.６轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速選擇與流量、壓縮機(jī)重量和尺寸，以及機(jī)器耐久性和

經(jīng)濟(jì)性

相關(guān)。4.2.1.７行程4.2.1.８氣缸直徑4.2.2動(dòng)力性能（略）第33頁(yè)4.2.3容積式壓縮機(jī)調(diào)整方式及其控制4.2.3.1氣量調(diào)整方式依據(jù)耗氣量改變，調(diào)整容積流量?！髡{(diào)整要求：

①

連續(xù)

調(diào)整、分級(jí)調(diào)整、間斷調(diào)整。

②調(diào)整工況經(jīng)濟(jì)性好（耗功小）。

③調(diào)整系統(tǒng)簡(jiǎn)單、安全可靠、操作維修方便?！骼碚摶A(chǔ)：經(jīng)過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)速和各系數(shù)

→改變流量。

第34頁(yè)①轉(zhuǎn)速調(diào)整優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)連續(xù)

氣量調(diào)整；調(diào)整工況比功率

消耗?。粔嚎s機(jī)各級(jí)壓力比

保持不變；無(wú)需設(shè)置專門調(diào)整機(jī)構(gòu)。缺點(diǎn)：受原動(dòng)機(jī)調(diào)整范圍

限制；

低轉(zhuǎn)速

氣閥工作不正常。第35頁(yè)②管路調(diào)整a.進(jìn)氣節(jié)流△進(jìn)氣管阻力↑→

λp↓→

氣量↓△調(diào)整結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用于小范圍調(diào)整

（80%～100%），或偶然調(diào)整。p1第36頁(yè)b.切斷進(jìn)氣

△關(guān)閉進(jìn)氣管，壓縮機(jī)為空運(yùn)行（間斷調(diào)整）（Fig.2-65）。

△

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；適合用于中、小壓縮機(jī)。

注：△

切斷進(jìn)氣后→ε↑→排氣溫度

會(huì)出現(xiàn)短暫↑；△

進(jìn)氣壓力↓→作用在活塞上

壓力差↑→

起動(dòng)困難。第37頁(yè)c.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。分為節(jié)流連通和自由連通?！鞴?jié)流連通依據(jù)需要?dú)饬抗?jié)流閥

開(kāi)至適當(dāng)程度→部分氣體

經(jīng)旁通回入進(jìn)氣管。適合用于偶然調(diào)整或小幅度調(diào)整。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，連續(xù)調(diào)整；調(diào)整緊急性好。缺點(diǎn)：調(diào)整經(jīng)濟(jì)性差（屬于高壓氣體節(jié)流，壓縮機(jī)功耗無(wú)降低）。第38頁(yè)△自由連通旁通閥全開(kāi)

→高壓氣體自由流入進(jìn)氣管路（僅克服旁通管和旁通閥阻力）慣用于大型

高壓

壓縮機(jī)起動(dòng)釋荷。優(yōu)點(diǎn)：調(diào)整結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；調(diào)整緊急性好；調(diào)整經(jīng)濟(jì)好。缺點(diǎn)：間斷調(diào)整；

逆止閥↑阻力損失。（為預(yù)防管系中原有高壓氣體倒流入進(jìn)氣管，應(yīng)在旁通管路之后排氣管段

設(shè)置逆止閥）第39頁(yè)③壓開(kāi)進(jìn)氣閥調(diào)整（Fig.2-66atp59）

壓開(kāi)裝置，進(jìn)氣閥

強(qiáng)制壓開(kāi)，使進(jìn)氣閥全部

或部分

喪失正常工作能力，進(jìn)氣閥片不能自動(dòng)

關(guān)閉，使吸進(jìn)氣體，在壓縮

和排氣

行程中仍回入進(jìn)氣管，到達(dá)調(diào)整氣量目標(biāo)。第40頁(yè)a.全行程壓開(kāi)進(jìn)氣閥（Fig.2-67atpage60）

全部行程

中，氣閥一直處于強(qiáng)制壓開(kāi)狀態(tài)，吸進(jìn)氣體將全部自進(jìn)氣閥

回出，容積流量=0。

間斷調(diào)整；調(diào)整經(jīng)濟(jì)性好（空運(yùn)行狀態(tài)）。b.部分行程壓開(kāi)進(jìn)氣閥

（Fig.2-68atpage60）

進(jìn)氣行程結(jié)束時(shí)，進(jìn)氣閥強(qiáng)制頂開(kāi)；

進(jìn)入壓縮行程后

氣體從氣缸中回入進(jìn)氣管；到一定時(shí)候

強(qiáng)制作用取消，進(jìn)氣閥關(guān)閉，在剩下行程中氣體受

到壓縮

并排出?？蓪?shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)整；適合用于轉(zhuǎn)速較低壓縮機(jī)。第41頁(yè)④連通補(bǔ)助容積（Fig.2-70，2-70

atpage61）氣缸上設(shè)置補(bǔ)助容積，調(diào)整時(shí)接入氣缸工作腔→

余隙容積↑

→

容積系數(shù)λV↓→

容積流量↓。

補(bǔ)助容積接入方式能夠是連續(xù)、分級(jí)、間斷

。4.2.3.2調(diào)整系統(tǒng)4.3容積式壓縮機(jī)可靠性（略）第42頁(yè)4.4回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)*回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)特點(diǎn)（與往復(fù)式壓縮機(jī)比較）：

優(yōu)點(diǎn)：

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易損件少，操作輕易；運(yùn)動(dòng)件動(dòng)力平衡性能好，機(jī)器轉(zhuǎn)速高，機(jī)組尺寸小，重量輕；進(jìn)、排氣間歇小，壓力脈動(dòng)小。

缺點(diǎn)：

運(yùn)動(dòng)件密封

比較困難

→極難到達(dá)很高終了壓力；

泄漏

→熱效率＜往復(fù)式壓縮機(jī)。第43頁(yè)4.4.1螺桿壓縮機(jī)普通分為雙、單螺桿壓縮機(jī)兩種。*單螺桿壓縮機(jī)：（Fig.2-101atpage89）*雙螺桿壓縮機(jī)：（Fig.2-100atpage88）利用陽(yáng)、陰螺桿共軛齒型相互填塞，使封閉在殼體與兩端蓋間齒槽容積大小發(fā)生周期改變，并借助于殼體對(duì)角線位置上吸、排氣孔口，完成對(duì)氣體吸入、壓縮與排出。

容積流量范圍：2～500m3/min

終了壓力：普通＜1.2MPa，個(gè)別場(chǎng)所可達(dá)4.5MPa。第44頁(yè)4.4.1螺桿壓縮機(jī)普通分為雙、單螺桿壓縮機(jī)兩種。*單螺桿壓縮機(jī)：（Fig.2-101atpage