泵与压缩机往复式压缩机

§3往复活塞式压缩机主要教学内容：§3.1往复活塞式压缩机的基本结构和工作原理§3.2往复活塞式压缩机的工作循环§3.3排气量§3.4功率和效率§3.5排气温度及排气压力§3.6多级压缩§3.7实际气体的压缩§3.8压缩机变工况工作及排气量调节§3.9往复活塞式压缩机的类型及其选择§3.1往复活塞式压缩机的基本结构和工作原理主要教学内容：1.总体结构2.工作过程和工作原理3.特点及应用4.分类及型式5.命名规则教学目的：1.了解往复活塞式压缩机的总体结构2.掌握工作原理3.了解往复活塞式压缩机的特点4.了解分类及型式5.熟悉命名规则§3.1.1总体结构活塞式压缩机主要由四大部分组成，即运动机构、工作机构、辅助系统和机身。1.运动机构主要由曲轴、连杆、十字头等组成。运动机构是一种曲柄滑块机构，其作用是把曲轴的旋转运动变为十字头的往复运动。a十字头w连杆曲轴c1).曲轴曲轴是往复活塞式压缩机的重要运动部件，外界输入的转矩要通过曲轴传给连杆、十字头，从而推动活塞作往复运动。它承受从连杆传来的周期变化的气体力与惯性力等。2).连杆连杆的一端连接曲轴，另一端连接十字头，将曲轴上的动力传递给十字头、活塞杆和活塞。连杆包括大头、小头、杆体三部份。3).十字头十字头是连接活塞杆与连杆的零件，它具有导向作用。十字头与连杆的连接由十字头销来完成。十字头与活塞杆的连接型式分为螺纹连接、联接器连接、法兰连接等。2.工作机构主要由气缸、活塞、气阀等组成。工作机构的作用是实现压缩机将机械能转变为气体压能。1).气缸气缸是活塞式压缩机工作部件中的主要部分。根据压缩机不同的压力、排气量、气体性质等需要，应选用不同的材料与结构型式。2).气阀气阀是往复活塞式压缩机中的重要部件，也是易损坏的部件之一。它的好坏直接影响压缩机的排气量、功率消耗及运转的可靠性。活塞式压缩机一般都采用“自动阀”，也就是气阀的开启与关闭是依靠阀片两边的压力差实现的，没有其它的驱动机构。3).活塞活塞与气缸构成压缩工作容积，是压缩机中重要的工作部件。可分为筒形活塞和盘形活塞两大类。筒形活塞常为单作用活塞，用于小型无十字头的压缩机，通过活塞销与连杆直接相连。盘形活塞用于中、低压双作用气缸，盘形活塞通过活塞杆与十字头相连，它不承受侧向力。3.辅助系统包括润滑系统、冷却系统及调节系统。4.机身用来支承和安装整个运动机构和工作机构，又兼作润滑油箱用。§3.1.2工作过程和工作原理1.工作过程以单缸单作用压缩机为例，说明其工作过程。活塞处于最左端位置时，进气阀和排气阀处于关闭状态。当活塞从最左端向右运动时，活塞右则的工作容积变大，气体膨胀，压强逐步减小。在进气阀和排气阀仍处于关闭状态时，气体膨胀，压强减小，此过程称为膨胀过程。当活塞继续右移，工作容积继续增大，气体压强继续下降直到略低于吸气管内气体压力时，进气阀被顶开，进气管里的气体便通过进气阀不断地被吸入进入工作容积，直到活塞到达最右端为止，该过程称为吸入过程。在吸入过程中排气阀仍处于关闭。当活塞从最右端向左运动时，工作容积变小，气体压强逐步增大，使进气阀关闭。在工作容积中的气体压强不足以顶开排气阀之前，进、排阀均处于关闭状态，缸内气体被压缩而压力升高，该过程称为压缩过程。活塞继续左移，工作容积中的气体压强继续增大。当气体压力能顶开排气阀时，工作容积中的气体通过排气阀流出工作容积，进入排气管，直到活塞到达最左端为止，该过程称为排气过程。由上可见，曲轴旋转一周，活塞左右往复一次，压缩机经历了膨胀、吸入、压缩、排气过程，实现一次气体的吸入和排出，整个过程称为一个工作循环。曲轴不断旋转，不断重复上述工作循环，实现气体的不断吸入和排出。气阀的启闭是依靠缸内外压力差来实现的，一般吸气或排气管道内的压力是维持恒定的。因此，只有依靠活塞的往复运动，改变了缸内容积，从而使缸内气体压强发生变化，使气阀两侧形成一定压差，该压差使气阀关闭或打开。2.工作原理由工作过程可见，往复活塞式压缩机的工作原理是：由于活塞在气缸内的来回运动与气阀相应的开闭动作相配合，使缸内气体依次实现膨胀、吸气、压缩、排气四个过程，不断循环，将低压气体升压而源源输出。§3.1.3特点及应用1．特点1).工作的稳定性好；2).适应性强；3).效率较高；4).结构复杂，易损件较多；5).吸入和排出是间隙的，活塞运动速度是变化的，流量波动较大，易引起压缩机和管道振动工作的稳定性好2．应用§3.1.4分类及型式这里主要介绍按结构型式分类：§3.1.5命名规则1.命名规则第一个方框：表示结构代号，用拼音字母表示。第二个方框：表示机器特征代号，用拼音字母表示，W表示无油润滑，WJ表示无基础，D表示低噪声罩式，B表示直联便携式，F表示风冷，Y表示移动式；第三个方框：表示额定排气量（m3/min）；第四个方框：表示额定排气压力（105Pa）；第五个方框：表示差异，用字母或数字表示。2.命名举例1).压缩机型号：VD-0.25/7V型低噪声罩式额定排气量0.25m3/min额定排气压力7×105Pa2).压缩机型号：VY-6/7V型移动式额定排气量6m3/min额定排气压力7×105Pa3).压缩机型号：P-3/285-320卧式额定排气量3m3/min额定进气压力285×105Pa额定排气压力320×105Pa§3.2往复活塞式压缩机的工作循环分析活塞式压缩机的工作过程，其目的在于研究其主要工作参数，如排气量、功率、压力、温度之间的关系，从而解决排气量、功率和温度的计算。进行压缩机热力计算的任务是根据要求的排气量和工作压力来确定所需的功率、气缸直径、行程和转数等，或是对已有压缩机进行改造，确定其所能达到的排气量和消耗的功率。一、理论工作循环压缩机在每转中，气缸内都有膨胀、吸气、压缩、排气四个过程组成一个工作循环，其过程服从热力学规律。但为方便研究起见，使压缩机的工作过程理想化，假设如下：(1)在进、排气过程中没有阻力损失，且气体状态保持不变。在压缩过程中，多变指数保持不变；(2)压缩机没有余隙容积，因而被压缩的气体能够完全排净；(3)没有漏气现象；(4)被压缩气体是理想气体。在上述假设的前提下，压缩机的工作过程可以简化为如图所示的三个热力过程。吸气过程。活塞从最左端移到最右端，吸气阀打开，排气阀关闭，气体在p1压力下进入气缸，为等压过程d—a。这时，气体以压力p1推着活塞移动，气体对活塞作功为p1V。压缩过程。活塞从最右端开始向左移动，吸、排气阀均关闭，气缸内气体压力逐步升高，一般是多变过程。排气过程。活塞继续向左移动，排气阀打开，气体在p2压力下从缸内排出，该过程是等压过程，即。活塞到达最左端，缸内气体被排尽，到此完成了一个理论工作循环。ba—cb—吸、排气过程是气体的流动过程，缸内的气量是改变的。压缩过程是一定量气体的热力过程，压缩线的曲率取决于过程指数m。当压缩过程冷却完全，即进行等温压缩时，m=1；当压缩过程与外界无热交换时,为绝热压缩，m=k；当压缩过程中与外界有部分热交换时，为多变过程。若气体放热，m＜k；若气体吸热，m＞k。活塞式压缩机中m一般介于1与k之间。1．级的进气量对单作用压缩机，同级一转的进气量为：i为同级缸数，D为活塞直径，S为冲程长度。对双作用压缩机，同级一转的进气量为：(d活塞杆直径)SDiVh24SdDiVh22422．压缩过程中容积、温度与压力的关系由热力学的过程方程知，理想气体自状态1(p1，V1，T1)压缩到状态2（p2，V2，T2），两状态间的关系有：mppVV1122112111212112121212mmmmVVppppppppVVTT3．理论功率压缩机每一循环所需的理论指示功是吸气、压缩、排气三部分指示功之和。在压缩机中，设活塞对气体作功为正，气体对活塞作功为负，则循环的理论指示功为：21212211ppVVVdpVppdVVpWnWN(1)等温压缩过程121111ln2121ppVpdppVpVdpWVVppT(2)绝热压缩过程111121111112121kkppkkppSppkkVpdppVpVdpW1211211lnlnppnVpppnVpnWNhTT111121kkhSSppkknVpnWN(3)多变压缩过程111121111112121mmppmmpppolppmmVpdppVpVdpW111121mmhpolpolppmmnVpnWN实际压缩机中多变指数是很难确定的，它与气缸传热效率有关。热量不易导出者，m值高，接近于绝热指数k，反之m值低。如水冷气缸比风冷气缸导热好，低转速比高转速容易导出热量，小尺寸气缸比大尺寸气缸相对散热面积大而易导出热量。各种情况都要具体分析后根据经验合理确定。理想气体状态方程式：将上列各式中plVl用mRT1代入，则可以看出W与T1成正比，也与R成正比。说明初温较低的气体压缩功耗较省，压缩同样质量的气体时，密度小的气体功耗大，因气体常数R与分子量M成反比。111mRTVp二、实际工作循环理论循环在实际压缩机中是不可能实现的。实际压缩机中，为避免活塞与缸盖相撞以及气阀结构、气阀安装的需要，在气缸端部都留有一定的空隙，称为余隙容积。此外在压缩机吸、排气过程中有阻力损失。缸内气体与外界有热交换。这些因素都使实际工况要比理论工况复杂。实际循环与理论循环的区别是：(1)由于存在余隙容积，实际工作循环由膨胀、吸气、压缩和排气四个过程组成，而理论循环则无膨胀过程，这使实际吸气量比理论要少。(2)实际吸、排气过程存在阻力损失，使实际缸内吸气压力低于吸气管内压力p1，实际缸内排气压力高于排气管内压力p2。吸、排气管内的压力取决于外界系统压力，与缸内过程无关，此压力是在压缩机标准吸、排气位置上测得的压力，叫做标准吸、排气压力，也称为名义吸、排气压力。而气缸内气体的瞬时工作压力p是周期性变化的。(3)压缩机工作中，活塞环、填料和气阀等不可避免会有泄漏。(4)在膨胀和压缩过程中，气体与缸壁间的热交换使膨胀过程指数和压缩过程指数不断变化。为计算方便，工程上常把过程指数简化成常数。§3.3排气量一、排气量的定义由于实际要求与换算方法的不同。压缩机的排气量(或称流量)有实际容积流量(实际排气量)与标准容积流量(标准排气量)两种。1．实际容积流量实际排气量是经压缩机压缩并在标准排气位置排出气体的容积流量，换算到第一级进口标准吸气位置的气体容积值。标准吸、排气位置是压缩机上认为有代表性的吸、排气位置。此位置随压缩机的结构及安装方式而变化，在有关压缩机试验方法的标准中有明确规定。压缩机铭牌上的排气量叫额定排气量，是在特定进口状态(进气压力为105Pa、温度为20℃)的排气量。2．标准容积流量在化工工艺中使用的压缩机，由于工艺计算的需要，将压缩机在标准排气位置的实际容积流量换算到标准工况的气体容积值叫标准排气量，也称供气量。二、活塞压缩机的实际吸气量在理论工作循环中，压缩机每转的理论吸气量就是气缸的工作容积Vh,实际吸气量总小于理论吸气量。如图示，排气终了点是C点，缸内残留气体的容积为Vc，在膨胀过程中，这部分气体的体积膨胀在开始吸气时所占容积为。因此，吸入的新鲜气体容积为：VVcVVVVVVVhchcA由于余隙容积的影响，使气缸有效吸气容积比理论值减少了。余隙容积对气缸有效吸气容积的影响用容积系数反映，即：VhhhhAVVVVVVV1此外，吸气终了点是A点，此时的状态为pA、TA，其中pA＜p1、TA＞T1，根据吸气量的定义，要从A点状态换算到标准位置吸气状态p1、T1，所得每转的实际吸气量为