往复式压缩机的基础知识

1往复式压缩机的基础知识1.什么是压缩机工作过程?往复式压缩机有气缸、活塞和气阀。压缩气体的工作过程可分成膨胀、吸人、压缩和排出四个阶段。图l-l所示是一种单吸式压缩机的气缸。这种压缩机只在气缸的一端有吸人气阀和排出气阀，活塞每往复一次只及一次气和排一次气。图1-1单级式压缩机气缸简图1一气缸;2一活塞;3一吸人气阀;4一排出气阀(1)膨胀:当活塞2向左边移动时，活塞右边的缸容积增大，压力下降，原先残留在气缸中的余气不断膨胀。(2)吸人:当压力降到稍小于迸气管中的气体压力时，进口管中的气体便推开吸人气阀3迸人气缸，随着活塞逐渐向左移动，气体持续迸人缸内，直到活塞移至左边的末端(又称左死点)为止。(3)压缩:当活塞调转方向向右边移动时，工件的容积逐渐缩小，这样便开始了压缩气体的过程。由于吸人气阀有止逆作用，故缸内气体不能倒回进口管中，而出口管中的气体压力又高于气缸内部的气体压力，缸内的气体也元法从排出气阀4跑到缸外。出口管中的气体因排出气阀有止逆作用，也不能流入缸内。，因此缸内的气体质量保持一定，只因活塞继续向右移动，缩小了缸内的容气空间(容积)，使气体的压力不断升高。(4)排出:随着活塞右移，压缩气体的压力升高到稍大于出口管的气体压力时，缸内气体便顶开排出气阀而进人出口管中，并不断排出，直到活塞移至右边的末端(又称右死点)为止。然后，活塞又开始向左移动，重复上述动作。活塞在缸内不断地来回运动，使气缸往复循环地吸人和排出气体。活塞的每一次来回称为一个工作循环，活塞每来或回一次所经过的距离叫做冲程。图1-2所示是一种双吸式压缩机的气缸。这种气缸的两端，都具有吸人气阀和排出气阀。其压缩过程与单吸式气缸相同，所不同的只是在同一时间内，元论活塞向哪一方向移动，都能在活塞的运动方向发生压缩作用，在活塞的后方进行吸气过程。也就是说，无论活塞向左移或向右移都能同时吸人和排出气体。2·什么是压缩气体的三种热过程?气体在压缩过程中的能量变化与气体状态(即温度、压力、体积等)有关。在压缩气体时产生大量的热，导致压缩后气体温度升高。气体受压缩的程度愈大，其受热的程度也愈大，温度也就升得愈高。压缩气体时所产生的热量，除了大部分留在气体中使气体温度升高外，还有一部分传给气缸使气缸温度升高，并有少部分热量通过缸壁散失于空气中。压缩气体所需的压缩功，决定于气体状态的改变。说通谷点，压缩机耗功的大小与除去压缩气体所产生的热量有直妄关系。一般来说，压缩气体的过程有以下三种:(1)等温压缩过程:在压缩过程中，把与压缩功相当的热量全部移去，使缸内气体的温度保持不变，这种压缩称为等温压缩。在等温压缩过程中所消耗的压缩功最小。但这一过程是一种理想进程，实际生产中是很难办到的。(2)绝热压缩过程:在压缩过程申，与外界没有丝毫的热交换，结果使缸内气体的温度升高。这种不向外界散热也不从外界吸热的压缩称为绝热压缩。这种压缩过程的耗功最大，也是一种理想过程。因为实际生产中，无论何种情况要漫完全避免热量的散失，都是很难做到的。(3)多变压缩过程:在压缩气体过程中，既不完全等温，也不完全绝热的过程，称为多变压缩过程。这种过程介于等温过程和绝热过程之间。实际生产中气体的压缩过程均属多变压缩过程。图1-3所示是气体在上述三种情况下的压缩曲线。其中最外一条曲线BC表示绝热过程，称为绝热曲线;位于中司的曲线BCl，表示在实际情况下的气体压缩过程，称为多变曲线;位于里层的曲线BCz表示气体在温度不变情况下的压缩过程，称为等温曲线。气体体积v图1一3气体压缩曲线Bc一绝热曲线;Bcl一多变曲线;Bc2一等温曲线从图1一3中可以看出，气体在等温压缩时所包含的面积朋CzD比绝热压缩包含的面积朋叨为小。面积的大小也可以表示功耗的大小，故等温压缩时所消耗的功就比在绝热压缩时所消耗的功小得多。同时从图中也可看到，多变曲线介于等温和绝热曲线之间，其面积朋ClD比等温压缩时的面积朋CzD为大，比绝热压缩时的面积朋叨为小，因而在多变压缩过程中所消耗的功就比等温压缩为大，比绝热压缩为小。多变曲线愈靠近等温曲线，其所消耗的功就愈少;反之多变曲线愈靠近绝热曲线，则所消耗的功就愈多。所以，在实际工作中，为了节省压缩功，也就是节省压缩气体时所消耗的动力，就必须使多变过程尽2量接近等温过程。换句话说，必须创造近似于等温过程的条件进行气体压缩。要使多变过程接近于等温过程，必须将压缩气体时所产生的热量移去。在实际生产中，为了达到上述目的，多用空气和冷却水来冷却压缩机的气缸和压缩以后的气体。在压缩1一正常的示功图(虚线代表理论的吸入、压缩和排出曲线);2一余隙容积超过正常值;3一排出阀漏;4一排出阀片卡住;5一吸入和排出管路的阻力大;6一排出阀的弹簧过强;7一压缩时吸人阀或者活塞环漏;8一吸人阀卡住;9-活塞环泄漏;仰一阀的弹簧选择不适当过程中，冷却的效果愈好，移去的热量会愈多，多变曲线也就愈接近等温曲线，则节省的动力也会愈多，愈经济。图1-3又叫示功图，可用专门的仪器(示功器)描绘在图纸上，根据示功图可以确定指示功率、容积系数、压缩和膨胀过程的多变指数、吸气和排气时的压力损失和消耗在有害阻力上的指示功率。此外所有阀、阀的弹簧、活塞环和填料函工作的情况都反映在示功图上。图1-4示出了压缩机正常工作和不正常工作的示功图。根据示功图歪曲的特点，可以看出压缩机在工作中所发生的故障及其性质。3·什么是多级压缩?所谓多级压缩，即根据所需的压力，将压缩机的气缸分成若干级，逐级提高压力，并在每级压缩之后，设立中间冷却器，冷却每级压缩后的高温气体。这样，便能降低每级的排气温度。图1-5所示，是多级压缩机的示功图。BC为绝热曲线，做为等温曲线。当气体在h压力下迸人第一级气缸，并在缸中压缩到R压力时，如果为绝热过程，气体状态以BCl线上的点。表示。在压缩过程中如果经过气缸水套冷却水的冷却，则气体状态落在图b点。由图可见，这样可节省历b面积的功。状态b的气体再经过第一级缸后的申间冷却器，气体温度降低，体积由b点移到，点(压力历仍然保持不变)。图1-5分段压缩示功图P1一吸人压力;P2一级出口压力;P3一二级出口压力;P4一三级出口压力;P5一四级出口压力;Bbcefhij一实际分级多变压缩曲线同理，在第二级压缩时，节省了cade面积的功;第三级所节省的功可用面积fdgh表示;第四级所省的功可用面积igCj表示。如果分级愈多，则B、b、c、e、f、h、I、j各点的连线就会愈靠近等温曲线，节省的功也就愈多。4·为付么要多级压缩?用单级压缩机将气体压到很高的压力，压缩比必然增大，压缩后的气体温度也会计得很高。气体压力升高比愈大，气体温度升得愈高。当压力比超过一定数值时，气体压缩后的终结温度就会超过一般压缩机润滑油的闪点D叨~240记)，润滑油会被烧成碳渣，造成润滑困难。多级压缩机所消耗的功比单级的大为减少，级数愈多，省功愈多。同时，级数愈多，气体压缩后的温度也愈低，气缸所能吸人的气体的体积也愈大。往复式压缩机在吸气过程申，须待残留在气缸余隙容积(所渭余隙容积系指压缩机在排气终了，活塞处于死点位置时活塞与气缸之间的空间以及连接气阀和，气缸间的通道的空间)内的高压气体膨胀到压力稍低于迸气压力时，才能开始吸气。高压气体膨胀后占去一部分气缸容积，使气缸吸大气体的容积减少。显然，如果压力比愈高，余隙内残留的气体压力也愈高，余气膨胀后所占去的容积就愈大，压缩机的生产能力就显著降低。同时，压缩机机件的长度、厚度和直径都必须相应增大，不然，就不能适应其所承受的负荷，结果，不但使压缩机的造价增高，而且还会增加机件制造上的困难。因此，为了达到较高的终压，必须采用多级压缩机。但压缩机的级数也不应太多，因为级数每增加一级，就必须多一套气缸、气阀、活塞杆、连杆等机件，使压缩机结构复杂，并且大大增加设备费用。一般情况下，压缩机每二级压缩比不超过3-5。5·什么是往复式压缩机的生产能力(排气量)?单位时间内压缩机排出的气体，换算到最初吸人状态下的气体体积量，称为压缩机的生产能力，也称力压缩机的排气量。其单位为m3/h或m3/min。6·影响往复式压缩机生产能力捉禹的因女主要有哪几方面?(1)余隙:当余隙较大时，在吸气时余隙内的高压气体产生膨胀而占去部分容积，致使吸人的气量减少，使压缩机生产能力降低。当然，余隙过小也不利，因为这样气缸中塞容易与气缸端盖发生撞击而损坏机器。所以压缩机的气余隙一定要调整适当。(2)泄漏损失:压缩机的生产能力与活塞环、吸人气阀排出气阀以及气缸填料的气密程度有很大关系。活塞环套活塞上，其作用是密封活塞与气缸之间的空隙，以防止被上缩的气体窜漏到活塞的另一侧。因此，安装活塞环时，应吏它能自由胀缩，即3能造成良好的密封，又不使活塞与气缸拘摩擦太大。如果活塞环安装得不好或与气缸摩擦造成磨损而不能完全密封时，被压缩的高压气体便有一部分不经排出气阀排出，而从活塞环不严之处漏到活塞的另一边。这样由于压出的气量减少，压缩机的生产能力也就随着降低。在实示生产中，由于活塞环磨损而漏气造成产量降低的情况经常发生。如果排出气阀不够严密，则在吸大过程中，出口管中的部分高压气体就会从气门不严之处漏回缸内。如果吸气阀不够严密，则在压缩期间也会有部分压缩气体自缸中漏回进口管。这两种情况都会使压缩机的生产能力降低。在实际操作，由于气阀的阀片经常受到气体的冲蚀或因质量不好而损坏，因此漏气造成减产的现象也会时常发生。在压缩机运转的过程中，出于气缸填料经常与活塞杆摩擦而发生磨损，或因安装质量不好，都会产生漏气现象。因此，气缸填料的漏气在实际生产中也会经常遇到。(3)吸人气阀的阻力:压缩机的吸人气阀应在一定程度上具有抵抗气体压力的能力，并且只有在缸内的压力稍低于进口管中的气体压力时才开启。如果吸人气阀的阻力大于平常的阻力，开启速度就会迟缓，进人气缸的气量也会减少，压缩机的生产能力也由此降低。(4)吸人气体温度:压缩机气缸的容积虽恒定不变，但如果吸人气体的温度高，则吸大缸内的气体密度就会减小，单位时间吸人气体的质量的减少，导致压缩机的生产能力降低。压缩机在夏天的生产能力总是比冬天低，就是这个原因。另外，在进口管中的气体温度虽然不高，但如果气缸冷却不好，使进人气阀室的气体温度过高，也会使气体的体积膨胀，密度减小，压缩机的生产能力也会因此降低。7.为什么往复式压缩机气缸必须留有奈隙?(1)压缩气体时，气体中可能有部分蒸气凝结下来。我们知道液体是不可压缩的，如果气缸中不留余隙，则压缩机不可避免地会遭到损坏。因此，在压缩机气缸中必须留有余隙。(2)余隙存在以及残留在余隙容积内的气体可以起到气垫作用，也不会使活塞与气缸盖发生撞击而损坏。同时，为了装配和调节的需要，在气缸盖与处于死点位置的活塞之间也必须留有一定的余隙。(3)压缩机上装有气阀，在气阀与气缸之间以及阀座身的气道上都会有活塞赶不尽的余气，这些余气可以减缓气体对进出口气阀的冲击作用，同时也减缓了阀片对阀座及升程限制器(阀盖)的冲击作用。(4)由于金属的热膨胀，活塞杆、连杆在工作中，随着温度升高会发生膨胀而伸长。气缸中留有余隙就能给压缩机的装配、操作和安全使用带来很多好处，但余隙留得过大，不仅没有好处，反而对压缩机的工作带来不好的影响。所以，在一般情况下，所留压缩机气缸的余隙容积约为气缸工陀作部分体积的3-8，而对压力较高、直径较小的压缩机气缸，所留的余隙容积通常为5-12。8·为什么往复式压缩机各级之间要有中间冷却笨?各级压缩后，由于温度升高，气缸的润滑油会降低粘度，同时会分解出焦质的物质，在阀片等重要部位积聚，妨碍阀片正常运转。若气温高于润滑油的闪点，则具有引起爆炸的潜在危险。有时压缩的气体为碳氢化合物气体(如石油气等)，在高温下气体物理性质会发生变化，如产生聚合作用等。一般压缩机排气温度应低于润滑油闪点扔-扔冗。压缩空气时，排气温度应限制在1幻-1扔咒以下，石油气、乙烯、乙炔气等应限制在lm冗以下，所以必须有中间冷却器。在多级压缩机中，每级的压力比较低，而且有级间冷却器，每级排出气体冷却到接近第一级吸大前的温度(单靠在气缸套中的冷却是达