往复式压缩机基本构成和工作原理

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1、往复式压缩机基本构成和工作原理 基本构成和工作原理一、总体结构和组成(1) 工作腔部分：气缸、活塞、活塞杆、 活塞环、气阀、密封填料等；(2 )传动部分：曲柄、连杆、 十字头；(3) 机身部分：机身、中体、 中间接头、十字头滑道等；(4 )辅助部分:润滑冷却系统、 气量调节装置、安全阀、滤清器、缓冲器等。图活瘠武压黯机总体结构|调节喪慟；2-气阀压简14一压ah s- I件g八1换就夹罄iE活辜杆I 9 密拥填料；10T圾汽皿li一中闻按齢皿 刮曲坏3-卜字头蛆件IL4十亭头鞘；巧一申徉】持一建杆组件I 17曲甲h 生釉瑕*】9-曲轴*20-机釦21- Q级汽亂；22支廉睡；23 Q级Hth

2、24*枚气歐l24按鸞煤检* 26 -W轴器丨27驭动电斂2S-Vfirt&i汁一 丫级曲缸图2压缩机的机构学原理及构成示意图卜曲柄上2连杆* 3十字头；J-活塞杆；5-填料；e-Mii卜轄沐S-iSlffi 9工作腔；io-ftfcr： 11进咒Uh淞一排吒H二、机构学原理和构成(1)活塞的机构学原理如-压缩图2-2所示。(2 )控制气体进出工作腔的气阀如图2-3所示。rfy恣+恣CC画S3气叫结恂和工作瘪理示竜图 汽缸基本形式和工作腔f町单枠用(b)煎作用式帶平蔺粒)图Z4压幫机料缸形式(1)单作用汽缸对压缩机的汽缸而言，缸内仅在活塞一侧 构成工作腔并进行压缩循环的结构称为单作用汽缸。(2

3、) 双作用汽缸在活塞两侧构成两个工作腔并进行相同级次压缩循环的结构称为双作用汽缸。（3 ）级差式汽缸 通过活塞与汽缸结构的搭配, 构成两个或两个以上工作腔， 并在各个工作腔内完成两个或两 个以上级次的压缩循环的结构， 称为级差式汽缸。（4）平衡腔有些多工作腔汽缸，其中的一个腔室仅与 某个工作腔进气相通，而不用于气体压缩，起力平衡作用，称为 平衡腔。（5）工作腔容积式压缩机中，直接用来处理气体的容积可变的封闭腔室称为工作腔，一个压缩机可能有一个工作腔， 也可能有多个工作腔，同时或轮流工作，执行压缩任务。（6 ）工作容积工作腔内实际用来处理气体的那部分体积称为工作容积。（7 ）余隙容积工作腔在排气

4、接触以后，其中仍然残存一 部分高压气体，这部分空间称为余隙容积，余隙容积一般有害。四、压缩机结构形式（1）列压缩机中，把一个连杆对应 的一组汽缸及相应的动静部件称 为一列。一列可能对应一个汽缸， 也可能对应串在一起的多个汽缸。（2）分类：立式、卧式、角度式。（3）立式压缩机的汽缸中心线与（4）卧式压缩机的汽缸中心线与 地面平行。（5）角度式压缩机如图，包括L 型、V型、W型、扇形、星型等。ff)M图2-7用踮机不同分英缶（bi卧貳；2茁功心帖甘保山3 gW世（附E 5, i）期乩（ 早-里 2.1.2压缩机的工作过程压缩机的工作过程一、级的理论循环压缩机的循环：活塞往复运动一次，在气缸中进行的

5、吸气、压缩、排气等过程的总和。其中吸、排气是一般气体的流动过程，压缩过程为热力过程。气体经过一个工作循环也称为一级。（1）理论循环的基本假设（理论循环的特点） 工作腔内无余隙容积，缸内气体全部排出； 气体通过进、排气阀无压力损失、压力波动、热交换，保持恒定出； 压缩过程和排气过程气体无泄漏； 气体为理想气体，压缩过程指数为定值，即n=const ； 压缩过程为等温或绝热过程，Aq =0。（2）级的理论循环的过程内止点：活塞运动到达主轴侧的极限位置。外止点：活塞运动到达远离主轴侧的极限位置。行程：活塞从一个止点到另一个止点的距离称为“行程”。 图2-2中，4-1-2-3-4表示压缩机的一个理论工

6、作循环。（3）级的理论循环功 说明：理论循环进气量V1：理论循环中所进的气体量，为活塞 面积与其一个行程的乘积。V1= ApXs2 _式中：Ap活塞面积，m ； s活塞行程，m。习惯上称该容积为行程容积，以Vs表示，Vs=Vi。 理论循环指示功指示功：吸气、压缩、排气过程功之和。在压力指示图（p-v） 上反映为循环所包围的面积，表示完成该循环所需要 的外功。正负规定：气体对活塞做功，其值为正，活塞对气体做功，其值为负（与工程热力学中的规定相反）。进气过程功：排气过程功:压缩过程（活塞对气体做功）：叭二-卅;匕7（虽严-1m-i三种过程功耗比较7图2-7 不同庄黯循环过程的功耗和能嚴交换结论：三

7、种循环中，等温过程最省功。图（a）表示随着多变指数m的增长，压缩过程曲线愈加远 离等温曲线，压缩机耗功越多。图（b）阴影部分表示了不同过程指数时压缩过程中传出或传 入热量的多少。压缩过程中，容积、温度与压力的关系设初始状态为：P1、VI、T1,压缩终了，P2、V2、T2,过程指 数为n。则：对于实际气体:Z1, Z2 实际气体相应于1、2状态的压缩性系数。二、级的实际循环水图牝压槽年压力怖示曲M2 9说JtC余練窖乱(1)实际循环的特点(与理论循环的差别)： 汽缸存在余隙容积； 进、排排气通道及气阀有阻力损失； 气体与汽缸各接触面间存在温差，过程指数不恒定； 汽缸容积不可能绝对密封，存在泄漏；

8、 阀室容积不是无限大，与工作腔相连的部分容积产生压力 脉动； 实际气体与理想气体存在差别；理想气体：pVMRT实际气体：pV = ZMRT 特殊条件下使用的压缩机：进气或排气系统为固定密封容 积的场合，进气过程中压力回明显下降，排气过程中压力 会明显升高。(2)实际循环的吸气量式中：nv容积效率;入容积系数;V入压力系数;p入温度系数;T入一一进气系数。各系数的物理意义:容积系数久V：由于气缸存在余隙容积，使气缸工作容积的部分被膨胀气体占据。对实际气体，考虑压缩性有:余隙的组成：气缸端面与活塞端面间隙，气缸至进、排气阀之间通道容积以及活塞与第一道活塞环间的容积。影响：a行程容积一定时，压力比和

9、膨胀指数相同的情况下, 相对余隙越大，容积系数越小；b相对余隙和膨胀指数一定的情况下，排气压力越高， 容积系数越小，当压力比或者余隙容积达到一定数 值时，压缩机的进气量可以为零。C其他条件相同时，膨胀指数减小过程曲线变得平坦， 气体占据的汽缸容积更大，容积系数越小。压力系数入P：由于进气阻力和阀腔中的压力脉动，使吸气点a 的压力低于名义进气压力。由此将气缸工作容 积内压力为Pa的吸气量折合到名义进气压力 P1时，则减少AV2,可近似认为：温度系数入：它的大小取决于进气过程中加T给气体的热量。热量来源：一是进气过程中的传热，二是进气过程中压力损失 消耗的功转化为热量加给气体。式中：6 , 5 进

10、气相对压力损失和总的相S0对压力损失;m压缩过程指数。一般低压力级取m=(0.95 0.99)k，中、高压级m=k，若 气缸外部冷却良好，可取得比绝热指数小，若气缸进行喷液冷却或以氟里昂为压缩介质，m=l .11.2。三、多级压缩【玻冷却器袖朮分窩器油水腎离BI级缸多级压缩机示蕙蛰（1）多级压缩的理由定义：多级压缩是将气体的压缩过程分在若干级中进行，并在每级压缩之后将气体导入中间冷却器 进行冷却。节省压缩气体的指示功，提高经济性。a、等温过程最省功；b、实际压缩都偏离等温过程，压力比越大偏离越严重;c、多级压缩省功在pV图上的表示；d、多级压缩中的回冷完善度及其对耗功影响。側节遁圧幄叭気主密冲

11、务股压!fi平完全回冷罗紙圧膽图2-諾 爭怨乐爐指示晒消耗情况对比降低排气温度排气温度的限制：润滑油氧化、积炭、气体燃爆。 提咼容积系数采用多级压缩使各级压力比降低，容积系数增高，尤其是 第一级的容积系数提高，对减小整机尺寸有显著效果。 降低活塞上的气体力a、运动机构上受力减少，重量减轻；b、振动减小;C、机械效率提高。41申碾W阿吸ffl妙蛇州轴弋徉片尿尊曲例：如图，两台机器的转速、行程、原始温 度都相同，气体从lbar压缩到9bar, 台用单级压缩，一台为两级压缩，通过计算可知，采用两级压缩比单级压缩减小活塞力约40%。（2）级数的选择单级的最佳压力比级的等温指示效率：级的理论等温循环指示

12、功与实际循环指示功之比，即:实际多级压缩机的单级压缩比多在3左右。定压力损失下，过程指数越小，级的最佳压力比越高。级存在一个使等温指示效率最高的最佳压力比。多级压缩机的最佳级数目的：从省功角度出发，应使整个机器的等温指示效率最高。 级的选择其他原则a、大型连续运转机器，以省功为原则；b、微小型机器以低成本、低价格为原则，同时根据每一级的排气温度要求为原则，在允许范围内，级数应尽量少，减 轻重量；c、对温度有特殊要求的气体压缩机，以排气温度的要求为原贝y；d、从运转可靠角度，级数太多、太少都不合适。 常见压缩机的级数与压力的关系统计如下，可作为参考。压缩机的级数与压力的关系终压(表压)/MPa0

13、.3-10.6-61.4-1.53.6-4015-10080-150级数1234II 5-6 II7(3)压力比s的分配对于理想气体，各级回冷完全时，按等压力比分配总压力比, 等温指示效率最咼，即各级压力比为：压缩机设计时，压力比的分配不能只考虑省功这一原则，还要考虑其他一些因素，如下。a、为提高压缩机的总体容积效率，一般第一级的压力比选得小一些，比其他级低约5%-10%；b、如果第一级的进气温度很低，有时为了控制整个压缩机的排温，还故意把一级压力比取得比其他级高5%-10%；c、压缩机的排气压力变化时，末级压力比受影响较大，如果排气背压提高，末级压力比和排温首先提高，所以有 时为了控制末级排温，最后一级的压力比也取得比其他 级低 5%-10%。d、对气体充瓶用压缩机，当气瓶压力一旦达到设定值便停止工作，所以设计时末级压力比可比其他级高10-20%。e、有时考虑活塞力平衡的需要，某些级次的压力比可作适当调整。