12往复式压缩机

1第一章压缩机压缩机是一种能提高气体压力并能连续输送气体的机器，它把机械能转变为气体的能量。压缩机的排气压力一般大于0.3MPa。当排气压力小于0.3MPa时，一般称为风机。容积式：通过活塞、柱塞和各种形状的转子压缩密闭空腔内气体体积来提高气体的压力。它又可分为往复运动式和回转运动式两类。速度式：利用高速旋转叶片的动力学作用给气体提供能量（压力能和动能），而其中的气体动能再转变成压力能。2§1.1往复活塞式压缩机一．往复活塞式压缩机结构原理及工作循环二．往复活塞式压缩机热力性能参数三．往复活塞式压缩机的动力分析四．往复活塞式压缩机排气量的调节五．石油化工用往复活塞式压缩机的参数控制六．往复活塞式压缩机的典型结构及零部件3一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环4一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环5一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环L型压缩机6基本结构主要部分主要作用基础部分机身、曲轴、连杆、十字头等传递动力，连接基础和气缸部分。把电动机轴的旋转运动变成十字头的往复直线运动，从而推动活塞在气缸内移动。气缸部分气缸、气阀、活塞、活塞环、填料等形成压缩容积和防止气体泄漏辅助部分冷却器、缓冲器、滤清器、油气分离器、安全阀、油泵、注油器、排气量调节装置等确保压缩机安全、可靠运转往复活塞式压缩机的组成一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环71.适用压力范围广。从低压至超高压均可。工业中，排气压力达到350MPa，实验室可达到1000MPa。2.绝热效率较高。大型往复活塞式压缩机的绝热效率可达到80%以上。3.适应性较强。气量、排气压力及气体密度的改变对压缩机的性能影响不大。通用性好。4.机器结构较复杂，易损件较多。5.进气和排气脉动不连续，容易引起气流脉动和管路振动。往复活塞式压缩机的主要特点：一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环8理论循环p-v指示图（示功图）一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环9一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环理论循环假设条件：I.气缸内无余隙容积，气体全部排出气缸；II.气体通过进、排气阀无压力损失，压力无波动；III.气体压缩过程指数不变；IV.气缸内气体无泄漏。10理论压缩循环的进气容积等于气缸的行程容积：A—活塞面积；S—活塞行程；单作用气缸：双作用气缸：SAVVh11VSh2D4πVSh22d2D4πV一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环11理论压缩循环所包围的面积，为理论循环的压缩功，也称为理论压缩循环的指示功。等温过程：等熵过程：多变过程：k—等熵过程指数；m—多变过程指数；1211ipplnVpW1pp1kkVpWk1k1211ad1pp1mmVpWm1m1211pol一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环12V0-余隙容积；Ps-将波动的实际进气压力，根据功量相等的原则而得出的平均压力；Pd-将波动的实际排气压力，根据功量相等的原则而得出的平均压力；P1-名义进气压力；T1-名义进气温度。实际循环P-V指示图一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环13实际循环与理论循环的区别：①气缸内有余隙容积余隙容积内残存少量高压气体，这部分高压气体在活塞开始吸气前有一个膨胀过程，膨胀至压力略低于进气管内进气压力时，才开始进气过程。余隙容积包括气缸端面与活塞端面所留间隙；进排气阀通道所形成的容积；活塞与气缸在第一道活塞环之前形成的容积。一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环14实际循环与理论循环的区别：②进、排气阀产生阻力损失进、排气阀门使气体产生阻力损失，从而导致气缸内实际进气压力低于进气管内的名义进气压力，气缸内的实际排气压力高于排气管内的名义排气压力。一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环15一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环实际循环与理论循环的区别：③压缩和膨胀过程指数不是定值在压缩和膨胀过程中，气体的温度不断变化，气体和缸壁之间存在着不稳定的热交换过程，所以膨胀和压缩过程的过程指数k不是定值。④气阀、填料函和活塞环等部位有泄漏，泄漏影响压缩过程线和膨胀过程线，并影响进气量和排气量。16此外，实际气体和理想气体的差别也会影响压缩机的工作循环：理想气体状态方程：实际气体状态方程：RTpVmRTZpVm理想气体过程方程：kkpp2211VV一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环k:等熵过程指数17实际气体过程方程：TTTVVkkkkkppZZVVppTTVpVp111111212221121一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环实际气体的容积：kT:温度等熵指数kv:容积等熵指数18当要求气体的压力比较高时，就要采用多级压缩。因为单级压力比过高，会造成气体的排气温度过高，压缩机的功耗增加，压缩机笨重。多级压缩就是将气体的压缩过程分成几级来进行，级与级之间设置冷却器和油水分离器等，每一级的工作循环过程与单级压缩过程相同。多级压缩过程一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环19一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环多级压缩P-V图多级压缩T-s图等温过程多变过程绝热过程20采用多级压缩的优点：降低排气温度；节省功率消耗；提高容积系数；降低活塞力。级数过多的缺点：压缩机结构的复杂性增加，消耗于气阀、管路、设备中的阻力损失增加，制造和运行成本增大。一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环21选择级数Z的一般原则：节省功率;机器结构简单；质量轻、成本低；操作维修方便；满足工艺流程上的特殊要求。大中型压缩机，以省功和运转可靠为第一要求，一般级压力比取在2—4之间；小型压缩机，经常是间歇使用，主要考虑结构简单紧凑，质量轻、成本低，而功耗却处于次要地位，所以可适当提高级压力比以减少级数；对于易燃易爆等特殊气体，级数选择主要受排气温度的限制。一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环22各级压力比的分配以压缩机的总功耗最小为原则。此时，各级压力比相等，为总压力比开Z次方。zsd1dd23s2ippppppppε多级压力比在实际分配时往往会做调整：如第一级常取较小的压力比以增大第一级的容积系数即增加进气量；另外还要考虑活塞力的平衡；满足工艺条件（如工艺压力作为级间压力）等。当各级压力比不相等时，会使总指示功有所增加。但各级压力比的乘积仍等于总压力比。一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环23思考题压缩机按工作原理分为哪两类？往复活塞压缩机的组成部分及作用？往复活塞压缩机的工作循环过程？往复活塞压缩机的三种热力过程？往复活塞压缩机的主要特点？画出往复活塞式压缩机理论循环和实际循环P-V指示图。往复活塞式压缩机理论循环与实际工作循环的区别?何为压力比？多级压缩机压力比的分配原则？在什么情况下须采用多级压缩？多级压缩的优缺点？一单级活塞压缩机，进气压力为0.5MPa（表压）,排气压力为1.7MPa（表压）。压力比为多少？241、进气量2、排气量3、排气温度4、排气压力5、循环功、功率及效率二、往复活塞式压缩机的热力性能参数25压缩机的进气量Vs是在实际循环下压缩机单位时间的进气量。用名义进气状态下的进气量Vh表示，对应于名义进气压力P1，名义进气温度T1。——容积系数——压力系数——温度系数n——压缩机的转速nhVtλpλvλsVVpTλ1.进气量26表征气缸行程有效利用程度的系数。反映了由于气缸的余隙容积的存在，使气缸行程容积被膨胀气体所占有，从而导致了吸气量减少的程度。)1α(1]1)pp[(VV1VΔVVλ11sdh0hhVmm——相对余隙容积。其大小主要取决于气阀在气缸上的布置方式以及压缩的级次等。低压级0.07～0.12，中压级0.09～0.14，高压级0.11～0.16。单级压力比过大，会使降低。VV——容积系数27反映了由于进气阀阻力的存在致使实际进气压力小于名义进气压力，从而造成进气量减少的程度。sp1ppp1s1sppΔp1ppλ低压级＝0.95～0.98高压级＝0.98～1.0p——压力系数进气阀阻力28表示进气过程中气体从缸壁等部件吸收热量造成体积膨胀，从而造成进气量减少的程度。温度系数与气缸的冷却状况和级的压力比大小有关。Tλ——温度系数29压缩机的排气量用名义进气状态下的气量表示。排气量等于第一级的进气量减去所有各级的外泄漏气量。供气量：一般为压缩机排气量换算成标准状态下的流量。2.排气量30①单级压缩机的排气量：υ11VVVVVVVV1VVVVsddsdssdllllnVλλλλVhTpVdl气缸的相对泄漏量dlVV31—气缸的相对泄漏量，它是气缸中各泄漏点的相对泄漏量的总和：iυ＝υ气阀不严密或延迟关闭的泄漏＝0.01～0.04单作用气缸中活塞环的泄漏＝0.01～0.05双作用气缸中活塞环的泄漏＝0.003～0.015填料函的泄漏＝(0.0005～0.001)·j(等效级次）泄漏点32②多级压缩机的排气量排气量仍然用第1级气缸的尺寸参数和运行状态参数表示：nVλλλλV1h1l1T1p1Vd多级压缩机第k级气缸的行程容积与排气量的关系：ⅠⅠⅠ1k11k1k11dklTkpkVkφkokhkZZTTppnVλλλλμμV33okμ——称为第k级的抽加气系数。它表示k级之前的抽加气对k级进气量的影响。抽气：；加气：1μok1μokdk2i1oidokVVVμ34dk2i1φidφkVVVμφkμ——称为第k级的凝析系数。它表示k级之前气体的凝析量对k级进气量的影响。有凝析：1μφk35压缩机的排气量由第1级气缸的尺寸和运行状态参数决定的，不论是单级压缩还是多极压缩，每台压缩机只有一个排气量。排气量用进气状态所表示的，而工艺上要求的供气量往往是标准状态下的干气容积量，两者之间要注意换算。36排气温度一般按绝热过程考虑，排气温度和进气温度之间的关系：k1k12εTT最高排气温度的限制：低于气体的聚合或分解温度；低于气体的自燃、自爆温度；低于润滑油的闪点30～50℃；低于自润滑材料的流变温度；一般情况下排气温度控制在160-180℃以下。3.排气温度37压缩机的实际排气压力由排气系统压力（也称背压）决定，只有压缩机的排气量和系统的用气量之间达到供求到平衡时，才能保证压缩机的排气压力稳定。4.排气压力38指示功：压缩机用于压缩气体所消耗的功；摩擦功：压缩机用于克服机械摩擦所消耗的功；轴功：指示功+摩擦功，即主轴需要的总功；功率：单位时间所消耗的功；比功：单位排气量所消耗的轴功。5.循环指示功、功率及效率39用简化的等功当量指示图计算实际循环功用平均的进、排气压力代替实际波动的进、排气压力；用等熵指数k代替过程指数m。5.循环指示功、功率及效率40单级压缩机实际循环指示功：1])pp[(1kkVλpWk1ksdhVsi单级压缩机实际循环指示功率：60n1])pp[(1kkVλpk1ksdhVsiN5.循环指示功、功率及效率41压缩机的轴功率：miZηNNηm—压缩机的机械效率，对于带十字头的大中型压缩机：ηm=0.90-0.95；小型不带十字头的压缩机：ηm=0.85-0.92；高压循环压缩机：ηm=0.80-0.85；无油润滑压缩机的效率更低。压缩机效率是衡量机器工作完善性的重要指标5.循环指示功、功率及效率42*一般多用等熵效率来衡量压缩机效率的高低效率指示效率等温指示效率：等温压缩理论循环指示功与实际循环指示功的比值。等熵指示效率：等熵压缩理论循环指示功与实际循环指示功的比值。轴效率等温轴效率：等温压缩理论循环指示功与轴功的比值。等熵轴效率：等熵压缩理论循环指示功与轴功的比值。往复式压缩机的效率5.循环指示功、功率及效率43思考题何为压缩机的排气量？最高排气温度有哪几点