往复式压缩机

第一章压缩机in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03MPao当排气压力小 于03MPa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。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3#六.往复活塞式压缩机的典型结构及零部件#往复活塞式压缩机结构原理及工作循环#往复活塞式压缩机结构原理及工作循环往复式活塞压缩机简图1一气缸盖；2一排气阀；3进气阀；4气缸；5活塞;6活塞环；7冷却套；8连杆;5、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环L型压缩机1JLr r MM一 ；iC丿ll BW . W a *?* V y：【渔竺竺b、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环往复活塞式压缩机的组成9、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环基本结构主要部分基础部分机身、曲轴、连杆、十字头等主要作用传递动力，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#、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环往复活塞式压缩机的主要特点:1 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lOOOMPao2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。理论循环P-V指示图（示功图）p2+tPl p.13、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环#、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环P2Pip2, v2 P1.V1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。#、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环理论压缩循环的进气容积匕等于气缸的行 程容积：V = Vh = A X SA活塞面积；S活塞行程;15、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环#、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环单作用气缸：沖双作用气缸= （2D2-d2）5#、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环 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：等爛过程:Wi = PVln 直Plk-1WadP1V丄 h k1k-1多变过程:WR汨m-1_( m-1k等爛过程指数；m多变过程指数;11往复活塞式压缩机结构原理及工作循环际循环PV指示图b324v-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； T】-名义进气温度。19一、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： 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。余隙前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。、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： 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 实际循环与理论循环的区别： 压缩和膨胀过程指数不是定值化,程,在压缩和膨胀过程中，气体的温度不断变 气体和缸壁之间存在着不稳定的热交换过 所以膨胀和压缩过程的过程指数k不是定值。 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。一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环 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：pV = m RT实际气体状态方程：pV = ZmRT理想气体过程方程：P V = p2 V2k:等爛过程指数、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环实际气体过程方程:kv:容积等爛指数灯：温度等爛指数实际气体的容积:ZAP J往复活塞式压缩机结构原理及工作循环 多级压缩过程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。25、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环AA/XI级缸pRRII级缸油水分离器2b2II级冷却器等温过程 多变过程 绝热过程2m级冷却器皿级缸、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环 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。、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环 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24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。-、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环 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。匹= KK=81 Ps P2Pd-l29#=1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。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？在什么情况下须釆用多级压缩？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？:、往复活塞式压缩机的热力性能参数1、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1进气量压缩机的进气量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P,名义进气 温度T1。V =X -X X -VK ns v p t h容积系数2压力系数 pXT 温度系数n 压缩机的转速血一一容积系数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。33#V.-AV= 1-相对余隙容积。其大小主要取决于气阀在气-D#上的布置方式以及压缩的级次等。低压级0.070.12,中压级0. 090. 14,高压级0. 110. 16o单级压力比过大，会使几 降低。久”一一压力系数反映了由于进气阀阻力的存在致使实际进 气压力化小于名义进气压力P1,从而造成进气 量减少的程度。P1进气阀阻力低压级心=09509高压级=0.91.0Ar 温度系数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。2.排气量 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。单级压缩机的排气量：( vz ) 叫1加= VS = VSVd + V,u 气缸的相对泄漏量 匕 匕Vd = Xy-Xp-XT-X；-Vh-n1 + U丿39V 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：气阀不严密或延迟关闭的泄漏U =0. 010. 04单作用气缸中活塞环的泄漏u =0. 010. 05双作用气缸中活塞环的泄漏U =0. 0030. 015填料函的泄漏V = (0. 00050. 001)j (等效级次)泄漏点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：41多级压缩机第k级气缸的行程容积与排气 量的关系：lkI Z；Vokcpk Vd .Pn Tk Zhk入Vk九pk 九Tk 九lk n Plk卩Ok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： 1kMok =罟一-%k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：%k 1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。3.排气温度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:klT2可汀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3050C低于自润滑材料的流变温度一般情况下排气温度控制在160-180C以下。4.排气压力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。455循环指示功、功率及效率指示功：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；用等爛指 数k代替过程 指数m。5循环指示功、功率及效率 单级压缩机实际循环指示功:WrpvVhkk-1k-1（匹厂-1Ps单级压缩机实际循环指示功率:M =Ps九k-1 ps605循环指示功、功率及效率压缩机的轴功率:NzIl m压缩机的机械效率，对于带十字头的大中型压缩机：n m=090-095；小型不带十字头的压缩机：nm-o. 85-0. 92；高压循环压缩 机：nm=o. 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 往复式压缩机的效率等温指示效率:等温压缩理论循环指示53指示效率效率轴效率等温轴效率：等温压缩理论循环指示功与轴功的比值。功与实际循环指示功的比值。等爛指示效率：等爛压缩理论循环指示 功与实际循环指示功的比值。等爛轴效率：等爛压缩理论循环指示功 与轴功的比值。* 一般多用等爛效率来衡量压缩机效率的高低思考题何为压缩机的排气量?#最高排气温度有哪几点限制?压缩机额定排气压力为1. OMPa,背压为0. 8MPao压缩机 工作时的排气压力？气缸直径、活塞行程、转数和排气量的关系？何为压缩机的指示功、轴功、比功？压缩机的循环指示功率为9kw,机械效率为09,压缩机 的轴功率。往复活塞k压缩机气缸的吸、排气阀使气体产生阻力损失，从而导致气缸的实际吸气压力（高于、低于）#进气管内的名义进气压力；气缸的实际排气压力（高于、低于）排气管内的名义排气压力。一台二级往复活塞式压缩机，其排气压力& 9MPa （表 压）。进气压力0.9 MPa （表压）。则原则上取各级压 力比,这是按照原则确定的。三、往复活塞式压缩机的动力分析分析曲柄连杆机构的运动规律、受力情况以及对压缩机动力性能的影响。这是压缩机总 体结构，各零部件的强度、刚度计算以及压缩 机基础设计的力学基础。重点：分析和解决由于回转一往复运动所产生的惯性力及惯性力矩的平衡问题O三、往复活塞式压缩机的动力分析1压缩机中的作用力 2.主要构件及基础的受力分析 3 惯性力平衡4阻力矩曲线及飞轮矩三、往复活塞式压缩机的动力分析1 压缩机中的作用力质量的求解 加速度的求解气体力 摩擦力*各部件本身的重力，作用相对较小，一般 不作考虑。A往复活塞式压缩机的动力分析惯性力压缩机中各运动零件在往复运动过程中不 等速运动产生往复惯性力，旋转运动产生旋转 惯性力。惯性力的大小和方向，决定于运动零件的 质量和加速度。为计算简便，把运动零件简化 为若干个质点，惯性力分别作用在各质点上。57活塞组件一往复运动活塞组件（包括活塞、活塞杆和十字头） 做往复运动，其质量总和为叫,认为其作用 在十字头中心A点，产生往复惯性力。:、往复活塞式压缩机的动力分析 曲柄一旋转运动曲柄做旋转运动。曲柄和曲柄梢对于主轴不对称部分的质量nV作用在B点，产生旋转惯性力。B点mk=mcl+mC2-r连杆一往复摆动连杆做往复摆动，其质量为m,。在保证 总质量和质心不变的前提下，分解为两部分: m；和m； 作用在A点，做往复运动;m” 作用在B点，做旋转运动。m； = (0.30.4) mzm； = (0.70.6)611、往复活塞式压缩机的动力分析 惯性力做往复运动的总质量为ms :ms=mp+m；三、往复活塞式压缩机的动力分析往复惯性力IIs = m$a=msrco2(cosa+ Zcos2a)=(msrco2c osa+ msrco2Z- cos2a)=(【si +【s2)入=r/ZIsi阶往复惯性力,变化周期是2兀IS2二阶往复惯性力,变化周期是兀。往复惯性力的方向始终作用于气缸的轴线方向上，其大小随曲柄转角周期性的变化。旋转惯性力Ir:Ir = -mr r(D2旋转惯性力的方向始终沿曲柄旋转运动径线外向。63三、往复活塞式压缩机的动力分析匚、往复活塞式压缩机的动力分析 气体力气体力P等于气缸工作容积内气体的瞬时压（强）力与活塞面积的乘积，一列上如果有两个或两个以上的工作容积，则该列气缸的气 体力为所有气缸的轴侧工作容积和盖侧工作容积在同一瞬时气体力的代数和。气体力随曲柄转角的变化而变化O摩擦力摩擦力分为往复摩擦力RS和旋转摩擦力Rr。往复摩擦力所消耗的功率一般占总机械摩 擦功率的60%70%,旋转摩擦力所消耗的功率 占机械摩擦功率的30%40%。摩擦力的方向始终与部件的运动方向相反。#:、往复活塞式压缩机的动力分析2.主要构件及基础的受力分析P=P + I s + Rs=气体力+往复惯性力+往复摩擦力67三、往复活塞式压缩机的动力分析#三、往复活塞式压缩机的动力分析十字头滑道处的侧向压力#三、往复活塞式压缩机的动力分析N = Ptg3 =Asina71-I2 sin2 a69三、往复活塞式压缩机的动力分析2.主要构件及基础的受力分析2.主要构件及基础的受力分析主轴受力包括连杆力Pt和离心惯性力Ir71三、往复活塞式压缩机的动力分析2.主要构件及基础的受力分析 倾覆力矩Mn = N-b = N(lcos p + rcosa)2.主要构件及基础的受力分析 压缩机机身上所受的自由力和力矩:往复惯性力Is； 旋转惯性力旺； 旋转摩擦力矩Mr； 倾覆力矩M*73三、往复活塞式压缩机的动力分析2.主要构件及基础的受力分析 压缩机基础所受到的力和力矩:压缩机的重力；驱动机的重力；机身传给基础的力和力矩； 驱动机传给基础的驱动力和力矩。主要构件及基础的受力分析小结 综合活塞力 十字头滑道处的侧向压力 连杆力 主轴受力 倾覆力矩 压缩机机身上所受的自由力和力矩 压缩机基础所受到的力和力矩三、往复活塞式压缩机的动力分析3.惯性力平衡主要目的是解决和减轻压缩机与基 础的振动问题。旋转惯性力可以通过在曲柄反方向上加装平衡质量叫来平衡。75三、往复活塞式压缩机的动力分析#三、往复活塞式压缩机的动力分析77三、往复活塞式压缩机的动力分析#三、往复活塞式压缩机的动力分析3惯性力平衡单列往复压缩机的往复惯性力不能用平衡重的方法平衡。79三、往复活塞式压缩机的动力分析3.惯性力平衡多列往复压缩机,可以通过合理布置压缩机的整体结构，使往复惯性力和力矩得到全部或部分平衡。两种平衡方法:合理地配置各列曲拐间的错角;#三、往复活塞式压缩机的动力分析3惯性力平衡在同一曲拐上配置几列气缸，合理配置 各列气缸中心线间的夹角，使合成往复 惯性力为一个大小不变的径向力，然后 用加装平衡质量的方法解决。三、往复活塞式压缩机的动力分析三、往复活塞式压缩机的动力分析O77771三、往复活塞式压缩机的动力分析3.惯性力平衡例：L型角度式往复压缩机第一列I、II阶往复惯性力Ico2 cos麗=mrco2Acos 2ax a第二列I、II阶往复惯性力- mrco2 cos - )/尸0十/尸0馬-加2)s%cos2(Q -%)三、往复活塞式压缩机的动力分析1/5/7Z/2设:吩= ms4= J戊4 闍彳3惯性力平衡总的往复惯性力:=cosdfj2 +(mr(D2 sin a)2 ,2 普好=msrco =吊甄Qiy=arctg =a(曲柄转角 /小加sly r& I y ： 阶往复惯性力与轴夹角Qny :二阶往复惯性力禺轴夹角87三、往复活塞式压缩机的动力分析3.惯性力平衡L型压缩机的一阶往复惯性力的大小不 变，方向与压缩机的曲柄转角相同，可以通 过在曲柄反方向上加装平衡质量的方法来平 衡；二阶往复惯性力的大小随曲柄转角的变 化而变化，但其方向恒定，所以L型压缩机 运转较平稳oL型压缩机是常用的中型压缩机。#三、往复活塞式压缩机的动力分析89三、往复活塞式压缩机的动力分析4阻力矩曲线和飞轮矩总阻力矩曲线是各列阻力矩曲线以及摩单列阻力矩0Mt =斗 h = /(sin a +2 sin la2a/1-22 sin2 a#三、往复活塞式压缩机的动力分析4阻力矩曲线和飞轮矩摩擦阻力删,（0.30.4）N厂（打-1）-60M .=2m总阻力矩輪）曲线是曲柄转角a的周选择驱动机 的驱动力矩叫二平 均阻力矩叫。4阻力矩曲线和飞轮矩压缩机在转动过程中角速度不断变化,一般用旋转不均匀度来表示o叽+ %旋转不均匀程度直接影响压缩机的运 转性能，并影响电机供电网的稳定性，旋 转不均匀度有限定范围。93:、往复活塞式压缩机的动力分析4.阻力矩曲线和飞轮矩旋转不均匀度限定范围:皮带传动氏0弹性联轴器传动异步电动机经刚性联嚮驱动: 100按气缸的排列方式可分为:卧式、立式、角式、对动、对置按气缸级数可分为：单级、双级、多级按气缸的容积利用方式可分为: 单作用、双作用、级差115六、往复活塞式压缩机的典型结构及零部件4. 往复活塞式压缩机的选型选型依据1、压缩机型号(P26) 2、选型原则明确生产任务确定热力参数 考虑气体特性 技术经济指标 保证运转可靠117思考题往复活塞式压缩机排气量有哪些调节方法？ 压缩有毒、易燃易爆性气体时的注意事项？压缩易凝析气体时的注意事项？按汽缸轴线布置的相互关系，往复活塞式压缩机有哪些典型 的结构形式？往复活塞式压缩机按气缸容积利用方式可分为哪三种形式？画出简图。往复活塞式压缩机按气缸级数可分为哪几种形式?往复活塞式压缩机按气缸的冷却方式可为、-往复活塞式压缩机润滑方式可分为哪两种形式？往复活塞式压缩机的缸套起什么作用？往复活塞式压缩机的主要易损件有哪些？119#往复活塞式压缩机的辅机系统有哪几部分?#