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1、第三章往复活塞式压缩机,第一节往复活塞式压缩机的基本结构的工作原理 第二节往复活塞式压缩机的工作循环 第三节排气量 第四节功率和效率 第五节排气温度及排气压力 第六节多级压缩 第七节实际气体的压缩 第八节压缩机变工况工作及排气量调节 第九节往复活塞式压缩机的类型及其选择,第一节往复活塞式压缩机的基本结构的工作原理,一、基本构成和工作原理 二、活塞式压缩机的主要部件 1.曲轴 2.连杆 3.十字头 4.气缸 5.气阀 6.活塞 7.填料,V型压缩机,L型压缩机,立式压缩机,W型压缩机,双列卧式压缩机,单列卧式压缩机,对称平衡型压缩机,L型空气压缩机,往复压缩机,往复压缩机双缸对置型结构图,往复压
2、缩机,一、基本构成和工作原理,工作原理 曲轴转一周，在汽缸里经历膨胀、吸气、压缩、排气四个过程。 活塞行程s=2r活塞左右的最大距离。 曲柄转角:q=0360,一、基本构成和工作原理,特点用途广泛，石油天然气加工运输中有重要地位 优点：1.适用压力范围广，从低压到高压（350MPa）。 2.热力效率高，功率消耗低。 3.对于介质及排气量的适应性强， 4.对制造机器金属要求相对不严。 缺点：1.重量大、尺寸大、结构复杂、安装基础施工工作量大。 2.可损件多、可靠性低。 3.气流有脉动。 4.转速较低，排气量受到限制。 5.振动大。,一、基本构成和工作原理,二、活塞式压缩机的主要部件,传动机构：
3、曲轴、轴承、连杆、十字头、皮带轮，联轴器等。 工作机构： 汽缸、气阀、活塞及填料组件。 机体 辅助系统： 润滑、冷却、调节等,减荷阀,级间分离器,级间冷却器,皮带轮,二、活塞式压缩机的主要部件,曲轴,曲轴,传递转矩，承受气体力和和惯性力等（经连杆传递） 构成：主轴颈（安装主轴承），曲柄销（与连杆大头 相连），曲柄及平衡铁 材料：中碳钢（用得较多） 球墨铸铁（正在增多，特别中小型） 形式：单拐，多拐 支承：两点，滚动轴承 多点，滑动轴承 润滑：曲轴上钻孔,曲轴,曲轴,曲轴,连杆,作用：运动转换、力（矩）传递 结构：大头、小头、杆身 润滑：杆身中钻油孔 形状：圆形、矩形、工字形,传递力，转化运动
4、构成：大头（曲柄销相连），小头（十字头销或活塞相 连），杆体 润滑：杆体上钻孔,连杆,连杆,薄壁瓦和厚壁瓦,连杆小头瓦,作用：导向、连接活塞杆与连杆 型式：闭式、开式 连接形式：螺纹连接十字头上切螺纹夹中小型,十字头,十字头,十字头,十字头,连接：十字头与连杆小头,气缸,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，应选用不同的结构型式和材料。,基本要求： 应具有足够的强度和刚度； 良好的冷却、润滑及耐磨性； 尽可能小的余隙容积和气体阻力； 利于制造和检修； 符合系列化、通用化、标准化的“三化”要求，以便互换,气缸,气缸（冷却方式）,风冷：小型压缩
5、机。靠气缸外散热片强化散热。 水冷：大部分压缩机采用，一般为双层（或三层）缸壁结构,汽缸是往复活塞式压缩机中结构最复杂的一个部件。承受气体力，活塞在其中运动，还要装配气阀和填料；冷却水道和散热片，油孔及指示器等。 汽缸的基本要求： 强度和刚度； 冷却，润滑及耐磨性； 减少余隙容积和气体阻力； 便于制造维修；,气缸,气缸的结构形式,气缸的材料,汽缸的材料有：铸铁、铸钢、锻钢。 小于6MPa可用铸铁； 515MPa可用铸钢； 15110MPa可用锻钢。,单层壁风冷气缸,双层壁铸铁气缸,组合式铸铁气缸,分段级差气缸,气缸,气阀是压缩机中的重要部 件，并且是易损件，压缩机 气阀是自动阀，其启闭由阀 片
6、两边的压力差和弹簧力实 现。 结构：阀座、阀片、弹簧及升程限制等。,气阀,气阀在汽缸上的位置,径向：阀轴线与汽缸轴线垂直，余隙大; 轴向：阀轴线与汽缸轴线平行，余隙小； 斜向：阀轴线与汽缸轴线成一定角度， 余隙中。,气阀,气阀,活塞式压缩机的重要部件，也是最易损坏的部件。限制往复压缩机高速化化发展的关键问题之一。,自动阀：靠阀前后压力差实现开闭。,气阀,气阀,气阀,气阀,神户_压缩机气阀,阻力损失小； 关闭及时（弹簧力大小）； 寿命长、工作可靠，阀片及弹簧； 余隙容积小，组合阀小； 噪音小。,气阀要求：,气阀型式：环状阀、网状阀、碟阀、孔阀、直流阀。,气阀,气阀寿命：气阀的寿命主要取决于阀片和
7、弹簧的寿命。 压缩机运转时，阀片在阀座和升程限制器之间来回跳动、撞击，易于形成疲劳裂纹而使阀片损坏。 阀片撞击升程限制器时，弹簧变形量和变形速度很大，动应力较大，导致弹簧损坏,对气阀的要求： （1）阻力损失小； （2）关闭及时迅速，不漏气； （3）寿命长，可靠； （4）余隙容积小； （5）噪音小； （6）装配安装维修，加工方便。 环状阀、网状阀、碟形阀、孔阀、直流阀等。,气阀,环状阀,气阀,进排气阀的判别判断进、排气阀 a.现场颜色（排气阀处漆灰白） b.看升程限制器 吸入阀位于近汽缸侧，排气阀位于远离汽缸侧。 气阀气密性检查（煤油试漏法）,气阀,活塞,盘形：中低压双作用汽缸，空心，有直承面，
8、润滑；,筒形：单作用活塞，侧向力；,活塞,盘形：中低压双作用汽缸，空心，有直承面，润滑；,筒形：单作用活塞，侧向力；,活塞,筒型活塞,双作用盘型活塞,级差活塞,活塞,活塞杆,活塞环,活塞环的密封,活塞环的切口形式,活塞环的材料,有油润滑：金属活塞环，灰铸铁，布油 无油润滑：自润滑，石墨，填充聚四氟乙烯,填料函三、六瓣,密封原理：填料抱紧在活塞杆上，利用阻塞、节流实现密封。,活塞杆与气缸之间的密封是通过填料函密封来实现的。,密封型式：平面填料、锥面填料。,填料,三瓣环：径向开口可允许汽缸末的高压气进入密封室。,填料函平面填料三、六瓣,密封原理：三六瓣均用弹簧抱紧在活塞杆上，阻塞、节流。,六瓣环：
9、 轴向开口被三瓣环挡住，径向开口被三块小盖挡住。气体不会漏出反而将六瓣环压紧抱在活塞杆上。缸内压力越高抱得越紧（六瓣环）起自紧作用。,材料：耐磨铸铁、青铜；填充聚四氟乙烯。 使用压力：P100105Pa,填料,对于高压汽缸常采用锥形填料,适用压力：P100105Pa,填料,填料函,汽缸与活塞杆间的间隙，用填料密封。 填料的整体组合称为填料函。 原理：填料开始时以镯形弹簧紧箍于活塞杆上，工作时，密封圈外间隙内的气体压力使密封圈进一步均匀地抱紧活塞杆，从而达到密封。 1)低压密封（三瓣环） 2）压力再高则为三、六瓣环密封 原理：工作时，三瓣环密封圈轴向挡住六瓣环密封圈的径向切口，同时使高压气体沿径
10、向间隙导入外侧小室，将六环抱紧于活塞杆上。 三瓣环位于靠近汽缸侧,填料,填料,填料,刮油环,第一节重点,（1）往复活塞式压缩机的工作原理，优、缺点。 （2）往复压缩机有哪些零部件组成？传动机构、工作 腔机构、辅助系统。 （3）什么是双作用活塞，活塞有哪些种类。 （4）气阀有哪些零件组成。自动阀，环状阀。 （5）水冷气缸和风冷气缸的适用场合。 （6）十字头的作用。曲柄轴和曲拐轴的区别。 （7）连杆大、小头都与哪个零件相连。填料的作用。 （8）什么是无油润滑压缩机。,第一节往复活塞式压缩机的基本结构的工作原理,本节完,第二节往复活塞式压缩机的工作循环,第一节往复活塞式压缩机的基本结构的工作原理 第
11、二节往复活塞式压缩机的工作循环 第三节排气量 第四节功率和效率 第五节排气温度及排气压力 第六节多级压缩 第八节压缩机变工况工作及排气量调节 第九节往复活塞式压缩机的类型及其选择,第二节往复活塞式压缩机的工作循环,一、理论工作循环 1.级的进气量 2.压缩过程中容积、温度与压力的关系 3.理论功率 二、实际工作循环,理想气体状态方程,理想气体状态方程和过程方程,压缩过程方程(多变),绝热压缩指数：k 多变过程方程：m,目的：研究主要工作参数：排气量、功率、压力、温度的 计算及关系。Q、PN、D、n,一、理论工作循环,假设： .进排气无阻力损失，无压力脉动，无热交换； .没有余隙容积； .没有泄
12、漏； .被压缩的是理想气体，压缩过程中过程指数为常数。,一、理论工作循环,三个过程（理论循环）,压缩：右左，热力学过程,吸气：左右，外止点内止点,排气：右左外止点,排气压力取决于排气管道中压力排气阀后压力（背压）。,一、理论工作循环,压缩过程是一定量气体的热力过程，压缩线决定于过程指数m,活塞压缩机中,大小与压缩过程有关，有等温、绝热、多变三个过程。,一、理论工作循环,工作循环一转行程容积,i：同级缸数,S：为行程，m,：一转工作容积，理论吸气量。,1、级的进气量,2、压缩过程中容积、温度与压力关系,由过程方程,2、压缩过程中容积、温度与压力的关系,3、理论功率,面积大小决定于1-2线！,线,
13、活塞压缩机中,3、理论功率,等温压缩过程,kW,绝热压缩过程,kW,3、理论功率,其中看出：,多变压缩过程,kW,m：较难确定，与气缸热效率有关。热不易导出者m高，水冷比风冷好，低速比高速易导出热量，小尺寸比大尺寸易导出。,大则W大,R大则W大,密度小的耗功。,3、理论功率,实际中：,汽缸端部余隙容积； 吸排气过程有阻力损失； 缸内气体有热交换。 工作过程气体有泄漏。,二、实际工作循环,实际循环过程 取消假设条件： 1. 有余隙容积 压缩后残余气体 排气后有膨胀过程 2. 有进排气阻力损失 实际吸压 p1 实际排压 p2 进排气压力波动 3. 有气体泄漏 4. 多变过程指数变化 气体缸壁热交换
14、 实际工作循环有 压缩、排气、膨胀 和吸气四个过程,实际压缩,实际排气,实际膨胀,理论压缩,理论排气,理论吸气,实际吸气,二、实际工作循环,二、实际工作循环,实际过程与理论过程的区别：,由于余隙容积的存在，实际工作循环由膨胀、吸气、压缩、排气四个过程组成，而理论循环无膨胀过程。 实际吸、排气过程中存在阻力损失，使实际气缸内吸气压力小于吸入管路内气压、实际气缸内排气压力高于排出管路内气压；吸、排气过程中有压力波动、温度变化。 在膨胀和压缩过程中，因为气体与气缸壁之间存在热交换，使得压缩过程指数与膨胀过程指数不断变化。 压缩机工作过程中活塞环、填料、气阀不可避免存在泄漏，使指示功图面积变小,名义吸
15、、排气压力，压比,二、实际工作循环,等端点法：,保持位置1、2、3、4不变，用假设m、m的代替作成的过程线，过程指数叫等端点指数，指示图面积略小，估算吸气量。,过程指数的简化,二、实际工作循环,膨胀3点不变m为常数作3-4保持面积不变；1点不变m为常数作1-2保持面积不变 当量过程指数，用于计算指示功。,等功法：,用指示图面积不变来简化。,过程指数的简化,二、实际工作循环,第二节 重点,（1）理论压缩循环的4点假设。 （2）往复压缩机的工作过程属于哪一种，多变，绝热 （3）理论压缩循环中级的进气量，行程容积。 （4）实际循环与理论循环的区别。 （5）余隙容积及其对压缩过程的影响。,第二节 作业
16、 1,第三节排气量,第一节往复活塞式压缩机的基本结构的工作原理 第二节往复活塞式压缩机的工作循环 第三节排气量 第四节功率和效率 第五节排气温度及排气压力 第六节多级压缩 第八节压缩机变工况工作及排气量调节 第九节往复活塞式压缩机的类型及其选择,第三节排气量,一、排气量的定义 1.实际容积流量（实际排气量） 2.标准容积流量（标准排气量） 二、活塞压缩机的吸气量 三、活塞压缩机的排气量 1.泄漏系数ll 2.实际排气量Q 3.影响排气量的因素 四、凝析和凝析系数,第三节排气量,四、凝析和凝析系数 1.凝析条件 2.凝析系数 五、气缸的工作容积及缸径的确定,1.实际容积流量（实际排气量） 经压缩机压缩并在标准排气装置排出的气体过程流量，换算到一级吸气口标准吸气位置的温度、压力状态下的气体容积值。,一、排气量定义（实际与标准两种）,压缩机铭牌标识：额定排气量，特定进口状态（进气压力=105Pa、温度=20）的排气量。,一、排气量的定义,2.标准容积流量（标准排
