往复式压缩机课件汇编

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1、往复式压缩机 压缩机是输送气体并提高气体静压能的机器。 在化工厂中，压缩机主要压缩原料气、空气或 中间过程的介质气体，以满足化工生产工艺的 需要。压缩机按其工作原理可分为速度型和容 积型两种。 n速度型压缩机靠气体在高速旋转的叶轮的作用 下，得到巨大的动能，随后在扩压器中急剧降 低，使气体的动能转变为势能动能转变为势能，也就是静压能 。 n容积型压缩机靠在气缸内作往复或回转运动的 活塞，使容积缩小而提高气体压力。 *往复压缩机1 前言 压缩机按结构型式不同，分类如下： *往复压缩机2 压缩机 速度型 容积型 轴流式 离心式 混流式 回转式 往复式 滑片式 螺杆式 转子式 膜式 活塞式 1.工作

2、原理 往复式压缩机通过曲轴连杆机构将曲轴旋转运 动转化为活塞往复运动。 当曲轴旋转时，通过连杆的传动，驱动活塞便 做往复运动，由气缸内壁、气缸盖和活塞顶面 所构成的工作容积则会发生周期性变化。曲轴 旋转一周，活塞往复一次，气缸内相继实现进 气、压缩、排气的过程，即完成一个工作循环 。 *往复压缩机3 1.1 理论工作循环 为了更好地理解活塞压缩机的工作原理，这里重点 介绍理论工作循环理论工作循环。假定压缩机没有余隙容积，没 有吸、排气阻力，没有热量交换，则压缩机工作时 ，汽缸内的压力和容积的关系如下图所示。压缩机 的理论工作过程可以简化成下图示的三个热力过程 。 *往复压缩机4 1.1 理论工

3、作循环 吸气活塞自0点移至1点，吸气 阀打开，气体在P1压力下进入气 缸。 压缩活塞自1点移至2点，吸排 气阀均关闭，此过程为多变压缩 过程，气缸内的气体压力升至P2 。 排气排气活塞从2点移至3点，压力 为P2的气体等压排出气缸。 过程0-1-2-3-0构成了压缩机的理 论工作循环，压缩机完成一个理 论循环所消耗的功即为图中0-1-2 -3-0所代表的面积。 *往复压缩机5 1.1 理论工作循环 压缩机在压缩气体的过程中，温度会逐步升高，是个多变 的过程。实际压缩循环比理论压缩循环多了一个热膨胀的 过程。随着热膨胀的逐步增加压力升高，温度也升高，功 耗随之加大。所以，在理论上等温压缩循环的功

4、耗最小。在理论上等温压缩循环的功耗最小。 *往复压缩机6 1.2 实际工作循环 压缩机中最常见的压缩过程为等温、绝热 及多变过程。在同一压缩范围内，等温压 缩耗功最小，绝热过程耗功最大，多变压 缩介于两者之间。 实际上，由于受冷却速度的限制以及和外 界的热量交换，不可能实现等温过程和绝 热过程，一般都为多变压缩过程。 *往复压缩机7 1.2 实际工作循环 *往复压缩机8 1.2 实际工作循环 压缩机工作过程中活塞环、填料、气阀不 可避免存在泄露泄露，每个循环的排气量总小 于实际吸气量。压缩机的进气阻力过大， 会造成压缩机排气量减少。余隙容积过大 会降低排气量，使指示功图面积变小。 *往复压缩机

5、9 1.2.1 实际过程与理论过程的区别 n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。 n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。 n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，并非常数。 *往复压缩机10 2. 性能参数 往复式压缩机的性能参数主要包括： u排气压力 u排气温度 u排气量 u功率和效率 *往复压缩机11 2.1 吸气/排气压力 往复压缩机的吸气和排气压力分别指第

6、一级吸 入管道处和末级排出接管处的气体压力，因为 压缩机采用的是自动阀，气缸内的压力取决于 进、排气系统中的压力，即由“背压”决定。 所以吸、排气压力是可以改变的。 压缩机铭牌上的吸、排气压力是指额定值，实 际上只要机器强度、排气温度、电机功率和气 阀工作许可，他们是可以在很大范围内变化的 。 *往复压缩机12 2.2 排气温度 排气温度是指压缩机末级排出气体的温度，它 应在末级气缸排出管处测得。多级压缩机末级 之前各级的排气温度称为该级的排气温度，在 相应级的排气接管处测得。 排气温度可以计算校核，T2T1(P2/P1)n-1/n 排气温度应进行监控： 排气温度过高会造成润滑油润滑性能下降，

7、轻 质油挥发污染气体，润滑油积碳堵塞阀槽，活 塞环软化或加速磨损，非金属阀片融化等。 *往复压缩机13 2.3 容积流量 往复压缩机的容积流量是指在单位时间内经压 缩机压缩后在压缩机最后一级排出的气体，换 算到第一级进口状态的压力和温度时的气体容 积值，单位是M3/min或M3/h。 压缩机的额定容积流量，即在压缩机铭牌上标 注的容积流量是指在特定的进口状态下（进口 压力0.1MPa，温度20）时的容积流量。 对于实际气体，若是在高压下测得的气体容积 ，则换算时要考虑到气体可压缩性的影响。 *往复压缩机14 2.4 供气量 往复压缩机排气量随压缩机的进口状态而 变，它不反映压缩机所排气体的物质

8、数量 。化工工艺中使用的压缩机，由于工艺计 算的需要，需将容积流量则算到标准状态 （1.013x105MPa，0）时的干气容积值， 此值称为供气量或者标准容积流量。 *往复压缩机15 2.5 功率和效率 压缩机消耗的功，一部分直接用于压缩气 体，另一部分是用于克服机械摩擦。前者 称为指示功（有效功），后者称为摩擦功 ，二者之和为主轴所需的总功，称为轴功 。 单位时间所消耗的功称为功率。 指示功率（有效功率）与总功率的比值即 为压缩机的效率。 *往复压缩机16 2.6 多级压缩 所谓多级压缩是将气体的压缩过程分在若 干级中进行，并在每级压缩后将气体导入 中间冷却器进行冷却。如图所示 *往复压缩机

9、17 1st stage2nd stage 3 bar8 bar 1 bar（0.1MPa）3 bar Q 2.6 多级压缩的理由/优势 1.可以节省压缩气体的指示功， 下图为两级压缩与单级压缩所耗功之比。当第一级 压缩达到压力P2后，将气体引入中间冷却器中冷却 ，使气体冷却到原始温度T1.因此使排出的气体容 积由V2减至V2，然后进入第二级压缩到最终压力 。这样，从图中可以看出，实行两级压缩后，与一 级压缩相比节省了图中绿色区域的功。 采用多级压缩可以节省功的主要原因是进行中间冷 却。如果没有中间冷却，第一级排出的气体容积不 是因冷却而由V2减至V2，而仍然以V2的容积进行 二级压缩，则所消

10、耗的功与单级压缩相同。 *往复压缩机18 2.5 多级压缩 *往复压缩机19 p 1级压缩曲线 1级 volume pressure V 2nd stage 2级压缩曲线 单级压缩压比很大 通过中间冷却节省的压缩功 减去 级间冷却器产生的损耗 2级 1、2级级间冷却 2.6 多级压缩的理由/优势 2. 可以降低排气温度 通过多级压缩中间冷却后降低了气体的进 气温度，压缩过程接近等温压缩，可以显 著降低排气温度。 排气温度过高，会使润滑油粘度降低，性 能恶化或形成积炭现象；使气阀的工作寿 命下降。对某些特种气体压缩机，排气温 度过高还会引发腐蚀或爆炸。 *往复压缩机20 2.6 多级压缩的理由/

11、优势 3. 提高容积系数 随着压力比的上升，余隙容积中的气体膨 胀所占的容积增加，气缸实际吸气量减少 。采用多级压缩，压力比下降，因而容积 系数增加。 *往复压缩机21 2.6 多级压缩的理由/优势 4. 降低活塞力 多级压缩由于每级容积因冷却而逐渐减少 ，当行程相同时，活塞面积减少，故能降 低活塞上所受的气体力，因此使运动机构 重量减轻，机器效率提高。 *往复压缩机22 2.7 气量调节方式 *往复压缩机23 卸荷器调节 旁通调节 变转速调节 M Quantity Compressor delivery pressure 余隙腔调节 3.6.4 3 结构 压缩机主要由机体、曲轴、连杆、活塞组

12、 、阀门、轴封、油泵、能量调节装置、润 滑油系统、进出口缓冲罐/气液分离器等部 件组成。 *往复压缩机24 3.1 机体 机体包括机身、机座、曲轴箱等部件。机体一般采用高强 度灰铸铁（HT20-40）铸成一个整体，是支承气缸套、曲 轴连杆机构及其它所有零部件重量并保证各零部件之间具 有正确的相对位置的本体。 *往复压缩机25 3.1 机体的作用 n用来连接气缸和安装运动机构，并用作支承座 。 n承受机器本身的全部或部分重量。 n作为传动机构的定位和导向部分。如曲轴支承 在机体的主轴承上，十字头以机体滑道导向。 n承受压缩机工作时气体压力及转动部件的惯性 力。 n连接某些辅助部件，如润滑油系统、

13、盘车系统 、冷却系统等。 *往复压缩机26 3.2 气缸 气缸是活塞式压缩机中组成压缩容积的主要部分。气缸与 活塞配合完成气体的逐级压缩，它要承受气体的压力，活 塞在其中往复运动，气缸应有良好的工作表面以利于润滑 并应耐磨，为了散发气体被压缩时产生的热量以及摩擦生 热，气缸应有良好的冷却，通常在气缸中设置冷却水夹套 。 *往复压缩机27 3.2 气缸 *往复压缩机28 3.2 气缸 气阀在气缸上的布置有三种方式：配置在 气缸盖上、配置在气缸体上、混合配置。 气阀在气缸上的布置方式对气缸的结构有 很大的影响，是设置气缸所要考虑的主要 问题之一。 布置气阀的主要要求是：通道截面大，余 隙容积小，安

14、装和修理方便。 *往复压缩机29 3.3 气阀 气阀是压缩机的一个重要部件，属于易损 件。它的质量及工作的好坏直接影响压缩 机的输气量、功率损耗和运转的可靠性。 气阀包括吸气阀和排气阀，活塞每上下往 复运动一次，吸、排气阀各启闭一次，从 而控制压缩机并使其完成膨胀、吸气、压 缩、排气等四个工作过程。 *往复压缩机30 3.3 气阀 目前，活塞式压缩机所应用的气阀，都是随着气 缸内气体压力的变化而自行开闭的自动阀，由阀 座、运动密封元件（阀片或阀芯）、弹簧、升程 限制器等组成。 *往复压缩机31 3.3 气阀 自动阀的阀片在两边压差的作用下两边压差的作用下开启，在弹簧 作用力下关闭。阀片与阀座或

15、升程限制器之间的 粘附力、阀片与导向块之间的摩擦力等，也影响 阀片的开启与关闭。 *往复压缩机32 3.3 气阀的要求 气阀是活塞式压缩机的重要部件之一，它的工作直接关 系到压缩机运转的经济性和可靠性，对于气阀的基本要 求如下： l使用期限长（指阀片和弹簧的寿命长），不能由于阀片 或弹簧的损坏而引起压缩机非计划停车。 l气体通过气阀时的能量损失小，以减少压缩机的动力消 耗。 l气阀关闭时具有良好的密封性，以减少气体的泄漏量。 l阀片启、闭动作及时、迅速，而且要完全开闭，以提高 机器效率和延长试用期。 l气阀所引起的余隙容积小，以提高气缸容积效率。 l结构简单，制造方便，便于维修。 *往复压缩机

16、33 3.3 气阀分类 常用的压缩机气阀按照阀片结构分为： n环状阀 n网状阀。 *往复压缩机34 3.3.环状阀 环状阀由阀座、阀片、弹簧、升程限制器、连接螺栓、螺 母等组成。 *往复压缩机35 3.3.环状阀 环状阀使用的弹簧有环形弹簧、柱形（或 锥形）弹簧。阀片为圆环状薄片，一般是 制成单环阀片。阀片的启、闭运动是靠升 程限制器上的导向块来导向的。为了防止 气阀在工作时松动，连接螺栓和螺母都采 取了放松措施。 *往复压缩机36 3.3.环状阀 环状阀制造简单，工作可靠，可改变环数来适应各 种气量要求，因此得到广泛使用，适用于各种压力 、转速的压缩机。 环状阀的主要缺点是：阀片的各环彼此分开，在开 闭运行中很难达到步调一致，因而降低了气体的流 通能力，增加了额外的能量损失。阀片等运动元件 质量较大，阀片与导向块之间有摩擦力，环状阀经 常采用柱形（或锥形）弹簧等因素，决定了阀片在 开闭运动中不容易做到及时、迅速。由于阀片的缓 冲作用较差，磨损