1、第一章壓縮機in壓縮機是一種能提高氣體壓力并能連續輸送 氣體的機器，它把機械能轉變為氣體的能量。壓 縮機的排氣壓力一般大于03MPao當排氣壓力小 于03MPa時，一般稱為風機。容積式：通過活塞、柱塞和各種形狀的轉子 壓縮密閉空腔內氣體體積來提高氣體的壓力。它 又可分為往復運動式和回轉運動式兩類。速度式：利用高速旋轉葉片的動力學作用給 氣體提供能量（壓力能和動能），而其中的氣體 動能再轉變成壓力能。1.1往復活塞式壓縮機一. 往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環二. 往復活塞式壓縮機熱力性能參數三. 往復活塞式壓縮機的動力分析四. 往復活塞式壓縮機排氣量的調節五. 石油化工用往復活塞式壓縮機的參

2、數控制3#六.往復活塞式壓縮機的典型結構及零部件#往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環#往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環往復式活塞壓縮機簡圖1一氣缸蓋；2一排氣閥；3進氣閥；4氣缸；5活塞;6活塞環；7冷卻套；8連桿;5、往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環、往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環L型壓縮機1JLr r MM一 ；iC丿ll BW . W a *?* V y：【漁竺竺b、往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環往復活塞式壓縮機的組成9、往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環基本結構主要部分基礎部分機身、曲軸、連桿、十字頭等主要作用傳遞動力，連接基礎 和氣缸部分。把電動機軸的旋轉運動變成十字頭的

3、往復直線運 動，從而推動活塞在氣缸內移動。氣缸部分氣缸、氣閥、活塞、 活塞環、填料等形成壓縮容積和防止 氣體泄漏輔助部分冷卻器、緩沖器、濾清 器、油氣分離器、安全閥、油泵、注油器、排 氣量調節裝置等確保壓縮機安全、可 靠運轉往復活塞式壓縮機的組成#、往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環往復活塞式壓縮機的主要特點:1 適用壓力范圍廣。從低壓至超高壓均可。工業中，排氣壓力達到350MPa,實驗室可達到lOOOMPao2絕熱效率較高。大型往復活塞式壓縮機的絕 熱效率可達到80%以上。3適應性較強。氣量、排氣壓力及氣體密度的 改變對壓縮機的性能影響不大。通用性好。4機器結構較復雜，易損件較多。5進氣和排

4、氣脈動不連續，容易引起氣流脈動 和管路振動。理論循環P-V指示圖（示功圖）p2+tPl p.13、往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環#、往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環P2Pip2, v2 P1.V1理論循環假設條件：I. 氣缸內無余隙容積，氣體全部排出氣缸；II. 氣體通過進、排氣閥無壓力損失，壓力無波動;III 氣體壓縮過程指數不變；IV.氣缸內氣體無泄漏。#、往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環理論壓縮循環的進氣容積匕等于氣缸的行 程容積：V = Vh = A X SA活塞面積；S活塞行程;15、往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環#、往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環單作用氣缸：沖雙作用

5、氣缸= （2D2-d2）5#、往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環 理論壓縮循環所包圍的面積，為理論循環的 壓縮功，也稱為理論壓縮循環的指示功。等溫過程：等爛過程:Wi = PVln 直Plk-1WadP1V丄 h k1k-1多變過程:WR汨m-1_( m-1k等爛過程指數；m多變過程指數;11往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環際循環PV指示圖b324v-余隙容積；Ps-將波動的實際進 氣壓力，根據功量 相等的原則而得出 的平均壓力；Pd-將波動的實際排 氣壓力，根據功量 相等的原則而得出 的平均壓力；P1-名義進氣壓力； T】-名義進氣溫度。19一、往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環 實際循環

6、與理論循環的區別： 氣缸內有余隙容積余隙容積內殘存少量高壓氣體，這部分高 壓氣體在活塞開始吸氣前有一個膨脹過程，膨脹至壓力略低于進氣管內進氣壓力時，才開始 進氣過程。余隙前積包括氣缸端面與活塞端面所留間 隙；進排氣閥通道所形成的容積；活塞與氣缸 在第一道活塞環之前形成的容積。、往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環 實際循環與理論循環的區別： 進、排氣閥產生阻力損失進、排氣閥門使氣體產生阻力損失，從而 導致氣缸內實際進氣壓力低于進氣管內的名義 進氣壓力，氣缸內的實際排氣壓力高于排氣管 內的名義排氣壓力。一、往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環 實際循環與理論循環的區別： 壓縮和膨脹過程指數不是定值化

7、,程,在壓縮和膨脹過程中，氣體的溫度不斷變 氣體和缸壁之間存在著不穩定的熱交換過 所以膨脹和壓縮過程的過程指數k不是定值。 氣閥、填料函和活塞環等部位有泄漏，泄 漏影響壓縮過程線和膨脹過程線，并影響進氣 量和排氣量。一、往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環 此外，實際氣體和理想氣體的差別也會 影響壓縮機的工作循環：理想氣體狀態方程：pV = m RT實際氣體狀態方程：pV = ZmRT理想氣體過程方程：P V = p2 V2k:等爛過程指數、往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環實際氣體過程方程:kv:容積等爛指數燈：溫度等爛指數實際氣體的容積:ZAP J往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環 多級壓縮

8、過程當要求氣體的壓力比較高時，就要采用多 級壓縮。因為單級壓力比過高，會造成氣體的 排氣溫度過高，壓縮機的功耗增加，壓縮機笨重。多級壓縮就是將氣體的壓縮過程分成幾級 來進行，級與級之間設置冷卻器和油水分離器 等，每一級的工作循環過程與單級壓縮過程相 同。25、往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環AA/XI級缸pRRII級缸油水分離器2b2II級冷卻器等溫過程 多變過程 絕熱過程2m級冷卻器皿級缸、往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環 采用多級壓縮的優點：降低排氣溫度；節省功率消耗；提 高容積系數；降低活塞力。級數過多的缺點：壓縮機結構的復雜性增加，消耗于 氣閥、管路、設備中的阻力損失增加， 制造和

9、運行成本增大。、往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環 選擇級數Z的一般原則：節省功率；機器結構簡單；質量輕、成本低; 操作維修方便；滿足工藝流程上的特殊要求。大中型壓縮機，以省功和運轉可靠為第一要 求，一般級壓力比取在24之間；小型壓縮機，經常是間歇使用，主要考慮結 構簡單緊湊，質量輕、成本低，而功耗卻處于次 要地位，所以可適當提高級壓力比以減少級數；對于易燃易爆等特殊氣體，級數選擇主要受排氣溫度的限制。-、往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環 各級壓力比的分配以壓縮機的總功耗最小為 原則。此時，各級壓力比相等，為總壓力比開z次方。匹= KK=81 Ps P2Pd-l29#=1多級壓力比在實際分配

10、時往往會做調整：如 第一級常取較小的壓力比以增大第一級的容積系 數即增加進氣量；另外還要考慮活塞力的平衡； 滿足工藝條件（如工藝壓力作為級間壓力）等。當各級壓力比不相等時，會使總指示功有所 增加。但各級壓力比的乘積仍等于總壓力比。思考題壓縮機按工作原理分為哪兩類？往復活塞壓縮機的組成部分及作用？往復活塞壓縮機的工作循環過程？往復活塞壓縮機的三種熱力過程？往復活塞壓縮機的主要特點？ 畫出往復活塞式壓縮機理論循環和實際循環P-V指示圖。往復活塞式壓縮機理論循環與實際工作循環的區別？ 何為壓力比？多級壓縮機壓力比的分配原則？在什么情況下須釆用多級壓縮？多級壓縮的優缺點？ 一單級活塞壓縮機，進氣壓力為

11、0. 5MPa （表壓）,排 氣壓力為1.7MPa （表壓）。壓力比為多少？:、往復活塞式壓縮機的熱力性能參數1、進氣量2、排氣量3、排氣溫度4、排氣壓力5、循環功、功率及效率1進氣量壓縮機的進氣量Vs是在實際循環下壓縮機 單位時間的進氣量。用名義進氣狀態下的進氣量Vh表示，對應于名義進氣壓力P,名義進氣 溫度T1。V =X -X X -VK ns v p t h容積系數2壓力系數 pXT 溫度系數n 壓縮機的轉速血一一容積系數表征氣缸行程有效利用程度的系數。反映 了由于氣缸的余隙容積的存在，使氣缸行程容 積被膨脹氣體所占有，從而導致了吸氣量減少 的程度。33#V.-AV= 1-相對余隙容積。

12、其大小主要取決于氣閥在氣-D#上的布置方式以及壓縮的級次等。低壓級0.070.12,中壓級0. 090. 14,高壓級0. 110. 16o單級壓力比過大，會使幾 降低。久”一一壓力系數反映了由于進氣閥阻力的存在致使實際進 氣壓力化小于名義進氣壓力P1,從而造成進氣 量減少的程度。P1進氣閥阻力低壓級心=09509高壓級=0.91.0Ar 溫度系數表示進氣過程中氣體從缸壁等部件 吸收熱量造成體積膨脹，從而造成進氣量減少的程度。溫度系數與氣缸的冷卻狀況和級的壓力比大小有關。2.排氣量 壓縮機的排氣量用名義進氣狀態下的氣 量表示。排氣量等于第一級的進氣量減去所有各級的外泄漏氣量。供氣量：一般為壓縮

13、機排氣量換算成標 準狀態下的流量。單級壓縮機的排氣量：( vz ) 叫1加= VS = VSVd + V,u 氣缸的相對泄漏量 匕 匕Vd = Xy-Xp-XT-X；-Vh-n1 + U丿39V 氣缸的相對泄漏量，它是氣缸 中各泄漏點的相對泄漏量的總和：氣閥不嚴密或延遲關閉的泄漏U =0. 010. 04單作用氣缸中活塞環的泄漏u =0. 010. 05雙作用氣缸中活塞環的泄漏U =0. 0030. 015填料函的泄漏V = (0. 00050. 001)j (等效級次)泄漏點多級壓縮機的排氣量排氣量仍然用第1級氣缸的尺寸參數和運行 狀態參數表示：41多級壓縮機第k級氣缸的行程容積與排氣 量的

14、關系：lkI Z；Vokcpk Vd .Pn Tk Zhk入Vk九pk 九Tk 九lk n Plk卩Ok稱為第k級的抽加氣系數。它表示k級之前的抽加氣對k級進氣量的影響。 抽氣： 1kMok =罟一-%k稱為第k級的凝析系數。它表示k級 之前氣體的凝析量對k級進氣量的影響。 有凝析：%k 1壓縮機的排氣量由第1級氣缸的尺寸和運 行狀態參數決定的，不論是單級壓縮還是多 極壓縮，每臺壓縮機只有一個排氣量。排氣量用進氣狀態所表示的，而工藝上 要求的供氣量往往是標準狀態下的干氣容積 量，兩者之間要注意換算。3.排氣溫度排氣溫度一般按絕熱過程考慮，排氣溫度和進氣溫度之間的關系:klT2可汀最高排氣溫度的

15、限制：低于氣體的聚合或分解溫度低于氣體的自燃、自爆溫度低于潤滑油的閃點3050C低于自潤滑材料的流變溫度一般情況下排氣溫度控制在160-180C以下。4.排氣壓力壓縮機的實際排氣壓力由排氣系統壓力（也稱背壓）決定，只有壓縮機的排氣量和系統的用氣量之間達到供求到平衡時,才能保證壓縮機的排氣壓力穩定。455循環指示功、功率及效率指示功：壓縮機用于壓縮氣體所消耗的功;摩擦功：壓縮機用于克服機械摩擦所消耗的功;軸功：指示功+摩擦功，即主軸需要的總功;功率：單位時間所消耗的功； 比功：單位排氣量所消耗的軸功。5循環指示功、功率及效率用簡化的等功當量指示圖計算實際循環功用平均的 進、排氣壓力 代替實際波動

16、 的進、排氣壓 力；用等爛指 數k代替過程 指數m。5循環指示功、功率及效率 單級壓縮機實際循環指示功:WrpvVhkk-1k-1（匹廠-1Ps單級壓縮機實際循環指示功率:M =Ps九k-1 ps605循環指示功、功率及效率壓縮機的軸功率:NzIl m壓縮機的機械效率，對于帶十字頭的大中型壓縮機：n m=090-095；小型不帶十字頭的壓縮機：nm-o. 85-0. 92；高壓循環壓縮 機：nm=o. 80-0. 85；無油潤滑壓縮機的效率更低。壓縮機效率是衡量機器工作完善性的重要指標5循環指示功、功率及效率 往復式壓縮機的效率等溫指示效率:等溫壓縮理論循環指示53指示效率效率軸效率等溫軸效率

17、：等溫壓縮理論循環指示功與軸功的比值。功與實際循環指示功的比值。等爛指示效率：等爛壓縮理論循環指示 功與實際循環指示功的比值。等爛軸效率：等爛壓縮理論循環指示功 與軸功的比值。* 一般多用等爛效率來衡量壓縮機效率的高低思考題何為壓縮機的排氣量?#最高排氣溫度有哪幾點限制?壓縮機額定排氣壓力為1. OMPa,背壓為0. 8MPao壓縮機 工作時的排氣壓力？氣缸直徑、活塞行程、轉數和排氣量的關系？何為壓縮機的指示功、軸功、比功？壓縮機的循環指示功率為9kw,機械效率為09,壓縮機 的軸功率。往復活塞k壓縮機氣缸的吸、排氣閥使氣體產生阻力損失，從而導致氣缸的實際吸氣壓力（高于、低于）#進氣管內的名義

18、進氣壓力；氣缸的實際排氣壓力（高于、低于）排氣管內的名義排氣壓力。一臺二級往復活塞式壓縮機，其排氣壓力& 9MPa （表 壓）。進氣壓力0.9 MPa （表壓）。則原則上取各級壓 力比,這是按照原則確定的。三、往復活塞式壓縮機的動力分析分析曲柄連桿機構的運動規律、受力情況以及對壓縮機動力性能的影響。這是壓縮機總 體結構，各零部件的強度、剛度計算以及壓縮 機基礎設計的力學基礎。重點：分析和解決由于回轉一往復運動所產生的慣性力及慣性力矩的平衡問題O三、往復活塞式壓縮機的動力分析1壓縮機中的作用力 2.主要構件及基礎的受力分析 3 慣性力平衡4阻力矩曲線及飛輪矩三、往復活塞式壓縮機的動力分析1 壓縮

19、機中的作用力質量的求解 加速度的求解氣體力 摩擦力*各部件本身的重力，作用相對較小，一般 不作考慮。A往復活塞式壓縮機的動力分析慣性力壓縮機中各運動零件在往復運動過程中不 等速運動產生往復慣性力，旋轉運動產生旋轉 慣性力。慣性力的大小和方向，決定于運動零件的 質量和加速度。為計算簡便，把運動零件簡化 為若干個質點，慣性力分別作用在各質點上。57活塞組件一往復運動活塞組件（包括活塞、活塞桿和十字頭） 做往復運動，其質量總和為叫,認為其作用 在十字頭中心A點，產生往復慣性力。:、往復活塞式壓縮機的動力分析 曲柄一旋轉運動曲柄做旋轉運動。曲柄和曲柄梢對于主軸不對稱部分的質量nV作用在B點，產生旋轉慣

20、性力。B點mk=mcl+mC2-r連桿一往復擺動連桿做往復擺動，其質量為m,。在保證 總質量和質心不變的前提下，分解為兩部分: m；和m； 作用在A點，做往復運動;m” 作用在B點，做旋轉運動。m； = (0.30.4) mzm； = (0.70.6)611、往復活塞式壓縮機的動力分析 慣性力做往復運動的總質量為ms :ms=mp+m；三、往復活塞式壓縮機的動力分析往復慣性力IIs = m$a=msrco2(cosa+ Zcos2a)=(msrco2c osa+ msrco2Z- cos2a)=(【si +【s2)入=r/ZIsi階往復慣性力,變化周期是2兀IS2二階往復慣性力,變化周期是兀。

21、往復慣性力的方向始終作用于氣缸的軸線方向上，其大小隨曲柄轉角周期性的變化。旋轉慣性力Ir:Ir = -mr r(D2旋轉慣性力的方向始終沿曲柄旋轉運動徑線外向。63三、往復活塞式壓縮機的動力分析匚、往復活塞式壓縮機的動力分析 氣體力氣體力P等于氣缸工作容積內氣體的瞬時壓（強）力與活塞面積的乘積，一列上如果有兩個或兩個以上的工作容積，則該列氣缸的氣 體力為所有氣缸的軸側工作容積和蓋側工作容積在同一瞬時氣體力的代數和。氣體力隨曲柄轉角的變化而變化O摩擦力摩擦力分為往復摩擦力RS和旋轉摩擦力Rr。往復摩擦力所消耗的功率一般占總機械摩 擦功率的60%70%,旋轉摩擦力所消耗的功率 占機械摩擦功率的30

22、%40%。摩擦力的方向始終與部件的運動方向相反。#:、往復活塞式壓縮機的動力分析2.主要構件及基礎的受力分析P=P + I s + Rs=氣體力+往復慣性力+往復摩擦力67三、往復活塞式壓縮機的動力分析#三、往復活塞式壓縮機的動力分析十字頭滑道處的側向壓力#三、往復活塞式壓縮機的動力分析N = Ptg3 =Asina71-I2 sin2 a69三、往復活塞式壓縮機的動力分析2.主要構件及基礎的受力分析2.主要構件及基礎的受力分析主軸受力包括連桿力Pt和離心慣性力Ir71三、往復活塞式壓縮機的動力分析2.主要構件及基礎的受力分析 傾覆力矩Mn = N-b = N(lcos p + rcosa)2

23、.主要構件及基礎的受力分析 壓縮機機身上所受的自由力和力矩:往復慣性力Is； 旋轉慣性力旺； 旋轉摩擦力矩Mr； 傾覆力矩M*73三、往復活塞式壓縮機的動力分析2.主要構件及基礎的受力分析 壓縮機基礎所受到的力和力矩:壓縮機的重力；驅動機的重力；機身傳給基礎的力和力矩； 驅動機傳給基礎的驅動力和力矩。主要構件及基礎的受力分析小結 綜合活塞力 十字頭滑道處的側向壓力 連桿力 主軸受力 傾覆力矩 壓縮機機身上所受的自由力和力矩 壓縮機基礎所受到的力和力矩三、往復活塞式壓縮機的動力分析3.慣性力平衡主要目的是解決和減輕壓縮機與基 礎的振動問題。旋轉慣性力可以通過在曲柄反方向上加裝平衡質量叫來平衡。7

24、5三、往復活塞式壓縮機的動力分析#三、往復活塞式壓縮機的動力分析77三、往復活塞式壓縮機的動力分析#三、往復活塞式壓縮機的動力分析3慣性力平衡單列往復壓縮機的往復慣性力不能用平衡重的方法平衡。79三、往復活塞式壓縮機的動力分析3.慣性力平衡多列往復壓縮機,可以通過合理布置壓縮機的整體結構，使往復慣性力和力矩得到全部或部分平衡。兩種平衡方法:合理地配置各列曲拐間的錯角;#三、往復活塞式壓縮機的動力分析3慣性力平衡在同一曲拐上配置幾列氣缸，合理配置 各列氣缸中心線間的夾角，使合成往復 慣性力為一個大小不變的徑向力，然后 用加裝平衡質量的方法解決。三、往復活塞式壓縮機的動力分析三、往復活塞式壓縮機的

25、動力分析O77771三、往復活塞式壓縮機的動力分析3.慣性力平衡例：L型角度式往復壓縮機第一列I、II階往復慣性力Ico2 cos麗=mrco2Acos 2ax a第二列I、II階往復慣性力- mrco2 cos - )/尸0十/尸0馬-加2)s%cos2(Q -%)三、往復活塞式壓縮機的動力分析1/5/7Z/2設:吩= ms4= J戊4 闍彳3慣性力平衡總的往復慣性力:=cosdfj2 +(mr(D2 sin a)2 ,2 普好=msrco =吊甄Qiy=arctg =a(曲柄轉角 /小加sly r& I y ： 階往復慣性力與軸夾角Qny :二階往復慣性力禺軸夾角87三、往復活塞式壓縮機的動力分析3.慣性力平衡L型壓縮機的一階往復慣性力的大小不 變，方向與壓縮機的曲柄轉角相同，可以通 過在曲柄反方向