泵与压缩机-往复式压缩机.ppt

泵与压缩机泵与压缩机 主讲主讲:冯冯 进进长江大学机械工程学院长江大学机械工程学院 3 3 往复活塞式压缩机往复活塞式压缩机 主要教学内容：主要教学内容：3.13.1往复活塞式压缩机的基本结构和工作原理往复活塞式压缩机的基本结构和工作原理3.23.2往复活塞式压缩机的工作循环往复活塞式压缩机的工作循环3.33.3排气量排气量3.43.4功率和效率功率和效率3.53.5排气温度及排气压力排气温度及排气压力3.63.6多级压缩多级压缩3.73.7实际气体的压缩实际气体的压缩3.83.8压缩机变工况工作及排气量调节压缩机变工况工作及排气量调节3.93.9往复活塞式压缩机的类型及其选择往复活塞式压缩机的类型及其选择3.1 3.1 往复活塞式压缩机的基本结构往复活塞式压缩机的基本结构和工作原理和工作原理 主要教学内容：主要教学内容：1.1.总体结构总体结构 2.2.工作过程和工作原理工作过程和工作原理 3.3.特点及应用特点及应用 4.4.分类及型式分类及型式 5.5.命名规则命名规则 教学目的：教学目的：1.1.了解往复活塞式压缩机的总体结构了解往复活塞式压缩机的总体结构 2.2.掌握工作原理掌握工作原理 3.3.了解往复活塞式压缩机的特点了解往复活塞式压缩机的特点 4.4.了解分类及型式了解分类及型式 5.5.熟悉熟悉命名规则命名规则3.1.1 3.1.1 总体结构总体结构 活塞式压缩机主要活塞式压缩机主要由四大部分组成，即运由四大部分组成，即运动机构、工作机构、辅动机构、工作机构、辅助系统和机身。助系统和机身。1.1.运动机构运动机构 主要由曲轴、连杆、十字头等组成。运动主要由曲轴、连杆、十字头等组成。运动机构是一种曲柄滑块机构，其作用是把曲轴的机构是一种曲柄滑块机构，其作用是把曲轴的旋转运动变为十字头的往复运动。旋转运动变为十字头的往复运动。1).曲轴曲轴 曲曲轴轴是是往往复复活活塞塞式式压压缩缩机机的的重重要要运运动动部部件件，外外界界输输入入的的转转矩矩要要通通过过曲曲轴轴传传给给连连杆杆、十十字字头头，从从而而推推动动活活塞塞作作往往复复运运动动。它它承承受受从从连连杆杆传传来来的周期变化的气体力与惯性力等。的周期变化的气体力与惯性力等。2).连杆连杆 连杆的一端连接曲轴，另一端连接十字头，将连杆的一端连接曲轴，另一端连接十字头，将曲轴上的动力传递给十字头、活塞杆和活塞。连杆曲轴上的动力传递给十字头、活塞杆和活塞。连杆包括大头、小头、杆体三部份。包括大头、小头、杆体三部份。3).十字头十字头 十字头是连接活塞杆与连杆的零件，它具有导十字头是连接活塞杆与连杆的零件，它具有导向作用。十字头与连杆的连接由十字头销来完成。向作用。十字头与连杆的连接由十字头销来完成。十字头与活塞杆的连接型式分为螺纹连接、联接器十字头与活塞杆的连接型式分为螺纹连接、联接器连接、法兰连接等。连接、法兰连接等。2.2.工作机构工作机构 主要由气缸、活塞、气阀等组成。工作机构的主要由气缸、活塞、气阀等组成。工作机构的作用是实现压缩机将机械能转变为气体压能。作用是实现压缩机将机械能转变为气体压能。1).气缸气缸 气缸是活塞式压缩机工作部件中的主要部分。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，根据压缩机不同的压力、排气量、气体性质等需要，应选用不同的材料与结构型式。应选用不同的材料与结构型式。2).气阀气阀 气阀是往复活塞式压缩机中的重要部件，也是气阀是往复活塞式压缩机中的重要部件，也是易损坏的部件之一。它的好坏直接影响压缩机的排易损坏的部件之一。它的好坏直接影响压缩机的排气量、功率消耗及运转的可靠性。气量、功率消耗及运转的可靠性。活塞式压缩机一般都采用活塞式压缩机一般都采用“自动阀自动阀”，也就是，也就是气阀的开启与关闭是依靠阀片两边的压力差实现的，气阀的开启与关闭是依靠阀片两边的压力差实现的，没有其它的驱动机构。没有其它的驱动机构。3).活塞活塞 活塞与气缸构成压缩工作容积，是压缩机中重活塞与气缸构成压缩工作容积，是压缩机中重要的工作部件。可分为筒形活塞和盘形活塞两大类。要的工作部件。可分为筒形活塞和盘形活塞两大类。筒形活塞常为单作用活塞，用于小型无十字头筒形活塞常为单作用活塞，用于小型无十字头的压缩机，通过活塞销与连杆直接相连。的压缩机，通过活塞销与连杆直接相连。盘形活塞用于中、低压双作用气缸，盘形活塞盘形活塞用于中、低压双作用气缸，盘形活塞通过活塞杆与十字头相连，它不承受侧向力。通过活塞杆与十字头相连，它不承受侧向力。3.3.辅助系统辅助系统 包括润滑系统、冷却系统及调节系统。包括润滑系统、冷却系统及调节系统。4.4.机身机身 用用来来支支承承和和安安装装整整个个运运动动机机构构和和工工作作机机构构，又又兼作润滑油箱用。兼作润滑油箱用。3.1.2 3.1.2 工作过程和工作原理工作过程和工作原理1.1.工作过程工作过程 以单缸单作用压缩机为例，说明其工作过程。以单缸单作用压缩机为例，说明其工作过程。活活塞塞处处于于最最左左端端位位置置时时，进进气气阀阀和和排排气气阀阀处处于于关关闭闭状状态态。当当活活塞塞从从最最左左端端向向右右运运动动时时，活活塞塞右右则则的的工工作作容容积积变变大大，气气体体膨膨胀胀，压压强强逐逐步步减减小小。在在进进气气阀阀和和排排气气阀阀仍仍处处于于关关闭闭状状态态时时，气气体体膨膨胀胀，压压强强减小，此过程称为膨胀过程。减小，此过程称为膨胀过程。当当活活塞塞继继续续右右移移，工工作作容容积积继继续续增增大大，气气体体压压强强继继续续下下降降直直到到略略低低于于吸吸气气管管内内气气体体压压力力时时，进进气气阀阀被被顶顶开开，进进气气管管里里的的气气体体便便通通过过进进气气阀阀不不断断地地被被吸吸入入进进入入工工作作容容积积，直直到到活活塞塞到到达达最最右右端端为为止止，该该过过程程称称为为吸吸入入过过程程。在在吸吸入入过过程程中中排排气气阀阀仍仍处处于于关关闭。闭。当当活活塞塞从从最最右右端端向向左左运运动动时时，工工作作容容积积变变小小，气气体体压压强强逐逐步步增增大大，使使进进气气阀阀关关闭闭。在在工工作作容容积积中中的的气气体体压压强强不不足足以以顶顶开开排排气气阀阀之之前前，进进、排排阀阀均均处处于于关关闭闭状状态态，缸缸内内气气体体被被压压缩缩而而压力升高，该过程称为压缩过程。压力升高，该过程称为压缩过程。活活塞塞继继续续左左移移，工工作作容容积积中中的的气气体体压压强强继继续续增增大大。当当气气体体压压力力能能顶顶开开排排气气阀阀时时，工工作作容容积积中中的的气气体体通通过过排排气气阀阀流流出出工工作作容容积积，进进入入排排气气管管，直直到到活活塞塞到到达达最最左左端端为为止止，该该过过程程称称为为排气过程。排气过程。由由上上可可见见，曲曲轴轴旋旋转转一一周周，活活塞塞左左右右往往复复一一次次，压压缩缩机机经经历历了了膨膨胀胀、吸吸入入、压压缩缩、排排气气过过程程，实实现现一一次次气气体体的的吸吸入入和和排排出出，整整个个过过程程称称为为一一个个工工作作循循环环。曲曲轴轴不不断断旋旋转转，不不断断重重复复上上述述工工作作循循环环，实现气体的不断吸入和排出。实现气体的不断吸入和排出。气气阀阀的的启启闭闭是是依依靠靠缸缸内内外外压压力力差差来来实实现现的的，一一般般吸吸气气或或排排气气管管道道内内的的压压力力是是维维持持恒恒定定的的。因因此此，只只有有依依靠靠活活塞塞的的往往复复运运动动，改改变变了了缸缸内内容容积积，从从而而使使缸缸内内气气体体压压强强发发生生变变化化，使使气气阀阀两两侧侧形形成成一一定定压压差差，该该压压差差使使气气阀阀关关闭闭或或打开。打开。2.2.工作原理工作原理 由由工工作作过过程程可可见见，往往复复活活塞塞式式压压缩缩机机的的工工作作原原理理是是：由由于于活活塞塞在在气气缸缸内内的的来来回回运运动动与与气气阀阀相相应应的的开开闭闭动动作作相相配配合合，使使缸缸内内气气体体依依次次实实现现膨膨胀胀、吸吸气气、压压缩缩、排排气气四四个个过过程程，不不断断循循环环，将将低低压压气气体体升升压压而源源输出。而源源输出。3.1.3 3.1.3 特点及应用特点及应用1 1特点特点 1).1).工作的稳定性好；工作的稳定性好；2).2).适应性强；适应性强；3).3).效率较高；效率较高；4).4).结构复杂，易损件较多；结构复杂，易损件较多；5).5).吸吸入入和和排排出出是是间间隙隙的的，活活塞塞运运动动速速度度是是变变化化的的，流流量量波波动动较较大大，易易引引起起压压缩缩机机和和管管道道振振动动工工作作的稳定性好的稳定性好 2 2应用应用3.1.4 3.1.4 分类及型式分类及型式 这里主要介绍这里主要介绍按结构型式分按结构型式分类：类：3.1.5 3.1.5 命名规则命名规则1.命名规则命名规则 第一个方框：表示结构代号，用拼音字母表示。第一个方框：表示结构代号，用拼音字母表示。第二个方框：表示机器特征代号，用拼音字母表示，第二个方框：表示机器特征代号，用拼音字母表示，W表示无油润滑，表示无油润滑，WJ表示无基础，表示无基础，D表示低噪声罩表示低噪声罩式，式，B表示直联便携式，表示直联便携式，F表示风冷，表示风冷，Y表示移动式；表示移动式；第三个方框：表示额定排气量（第三个方框：表示额定排气量（m3/min）；）；第四个方框：表示额定排气压力（第四个方框：表示额定排气压力（105Pa）；）；第五个方框：表示差异，用字母或数字表示。第五个方框：表示差异，用字母或数字表示。2.命名举例命名举例 1).压缩机型号：压缩机型号：VD-0.25/7 V型型 低噪声罩式低噪声罩式 额定排气量额定排气量0.25m3/min 额定排气压力额定排气压力7 105Pa2).压缩机型号：压缩机型号：VY-6/7 V型型 移动式移动式 额定排气量额定排气量6m3/min 额定排气压力额定排气压力7 105Pa3).压缩机型号：压缩机型号：P-3/285-320 卧式卧式 额定排气量额定排气量3m3/min 额定进气压力额定进气压力285 105Pa 额定排气压力额定排气压力320 105Pa3.23.2 往复活塞式压缩机的工作循环往复活塞式压缩机的工作循环 分析活塞式压缩机的工作过程，其目的在于研分析活塞式压缩机的工作过程，其目的在于研究其主要工作参数，如排气量、功率、压力、温度究其主要工作参数，如排气量、功率、压力、温度之间的关系，从而解决排气量、功率和温度的计算。之间的关系，从而解决排气量、功率和温度的计算。进行压缩机热力计算的任务是根据要求的排气进行压缩机热力计算的任务是根据要求的排气量和工作压力来确定所需的功率、气缸直径、行程量和工作压力来确定所需的功率、气缸直径、行程和转数等，或是对已有压缩机进行改造，确定其所和转数等，或是对已有压缩机进行改造，确定其所能达到的排气量和消耗的功率。能达到的排气量和消耗的功率。一、理论工作循环一、理论工作循环 压缩机在每转中，气缸内都有膨胀、吸气、压压缩机在每转中，气缸内都有膨胀、吸气、压缩、排气四个过程组成一个工作循环，其过程服从缩、排气四个过程组成一个工作循环，其过程服从热力学规律。但为方便研究起见，使压缩机的工作热力学规律。但为方便研究起见，使压缩机的工作过程理想化，假设如下：过程理想化，假设如下：(1)(1)在进、排气过程中没有阻力损失，且气体状态在进、排气过程中没有阻力损失，且气体状态保持不变。在压缩过程中，多变指数保持不变；保持不变。在压缩过程中，多变指数保持不变；(2)(2)压缩机没有余隙容积，因而被压缩的气体能够压缩机没有余隙容积，因而被压缩的气体能够完全排净；完全排净；(3)(3)没有漏气现象；没有漏气现象；(4)(4)被压缩气体是理想气体。被压缩气体是理想气体。在上述假设的前提下，压缩机的工作过程可以在上述假设的前提下，压缩机的工作过程可以简化为如图所示的三个热力过程。简化为如图所示的三个热力过程。吸气过程。活塞从最左端移到最右端，吸气阀打吸气过程。活塞从最左端移到最右端，吸气阀打开，排气阀关闭，气体在开，排气阀关闭，气体在p1压力下进入气缸，为等压力下进入气缸，为等压过程压过程da。这时，气体以压力。这时，气体以压力p1推着活塞移动，推着活塞移动，气体对活塞作功为气体对活塞作功为p1V。压压缩缩过过程程。活活塞塞从从最最右右端端开开始始向向左左移移动动，吸吸、排排气气阀阀均均关关闭闭，气气缸缸内内气气体体压压力力逐逐步步升升高高，一般是多变过程一般是多变过程 。排排气气过过程程。活活塞塞继继续续向向左左移移动动，排排气气阀阀打打开开，气气体体在在p p2 2压压力力下下从从缸缸内内排排出出，该该过过程程是是等等压压过过程程，即即 。活活塞塞到到达达最最左左端端，缸缸内内气气体被排尽，到此完成了一个理论工作循环。体被排尽，到此完成了一个理论工作循环。吸吸、排排气气过过程程是是气气体体的的流流动动过过程程，缸缸内内的的气气量量是是改改变变的的。压压缩缩过过程程是是一一定定量量气气体体的的热热力力过过程程，压压缩缩线线的的曲曲率率取取决决于于过过程程指指数数m m。当当压压缩缩过过程程冷冷却却完完全全，即即进进行行等等温温压压缩缩时时，m=1m=1；当当压压缩缩过过程程与与外外界界无无热热交交换换时时,为为绝绝热热压压缩缩，m=km=k；当当压压缩缩过过程程中中与与外外界界有有部部分分热热交交换换时时，为为多多变变过过程程。若若气气体体放放热热，m mk k；若若气气体体吸吸热热，m mk k。活活塞塞式式压压缩缩机机中中m m一一般般介介于于1 1与与k k之之间。间。1 1级的进气量级的进气量 对单作用压缩机，同级一转的进气量为：对单作用压缩机，同级一转的进气量为：i i为同级缸数，为同级缸数，D D为活塞直径，为活塞直径，S S为冲程长度。为冲程长度。对双对双作用压缩机，同级一转的进气量为：作用压缩机，同级一转的进气量为：(d(d活塞杆直径活塞杆直径)2 2压缩过程中容积、温度与压力的关系压缩过程中容积、温度与压力的关系 由由热热力力学学的的过过程程方方程程知知，理理想想气气体体自自状状态态1(p1(p1 1，V V1 1，T T1 1)压压缩缩到到状状态态2 2（p p2 2，V V2 2，T T2 2），两两状状态态间间的的关系有：关系有：3 3理论功率理论功率 压压缩缩机机每每一一循循环环所所需需的的理理论论指指示示功功是是吸吸气气、压压缩缩、排排气气三三部部分分指指示示功功之之和和。在在压压缩缩机机中中，设设活活塞塞对对气气体体作作功功为为正正，气气体体对对活活塞塞作作功功为为负负，则则循循环环的的理论指示功为：理论指示功为：(1)等温压缩过程等温压缩过程(2)绝热压缩过程绝热压缩过程(3)多变压缩过程多变压缩过程 实实际际压压缩缩机机中中多多变变指指数数是是很很难难确确定定的的，它它与与气气缸缸传传热热效效率率有有关关。热热量量不不易易导导出出者者，m m值值高高，接接近近于于绝绝热热指指数数k k，反反之之m m值值低低。如如水水冷冷气气缸缸比比风风冷冷气气缸缸导导热热好好，低低转转速速比比高高转转速速容容易易导导出出热热量量，小小尺尺寸寸气气缸缸比比大大尺尺寸寸气气缸缸相相对对散散热热面面积积大大而而易易导导出出热热量量。各各种种情况都要具体分析后根据经验合理确定。情况都要具体分析后根据经验合理确定。理想气体状态方程式：理想气体状态方程式：将上列各式中将上列各式中p pl lV Vl l用用mRTmRT1 1代入，则可以看出代入，则可以看出W W与与T T1 1成成正比，也与正比，也与R R成正比。说明初温较低的气体压缩功耗成正比。说明初温较低的气体压缩功耗较省，压缩同样质量的气体时，密度小的气体功耗较省，压缩同样质量的气体时，密度小的气体功耗大，因气体常数大，因气体常数R R与分子量与分子量M M成反比。成反比。二、实际工作循环二、实际工作循环 理论循环在实际压缩机中是不可能实现的。理论循环在实际压缩机中是不可能实现的。实际压缩机中，为避免活塞与缸盖相撞以及气实际压缩机中，为避免活塞与缸盖相撞以及气阀结构、气阀安装的需要，在气缸端部都留有阀结构、气阀安装的需要，在气缸端部都留有一定的空隙，称为余隙容积。此外在压缩机吸、一定的空隙，称为余隙容积。此外在压缩机吸、排气过程中有阻力损失。缸内气体与外界有热排气过程中有阻力损失。缸内气体与外界有热交换。这些因素都使实际工况要比理论工况复交换。这些因素都使实际工况要比理论工况复杂。杂。实际循环与理论循环的区别是：实际循环与理论循环的区别是：(1)(1)由于存在余隙容积，实际工作循环由膨胀、吸由于存在余隙容积，实际工作循环由膨胀、吸气、压缩和排气四个过程组成，而理论循环则无膨气、压缩和排气四个过程组成，而理论循环则无膨胀过程，这使实际吸气量比理论要少。胀过程，这使实际吸气量比理论要少。(2)(2)实际吸、排气过程存在阻力损失，使实际缸内实际吸、排气过程存在阻力损失，使实际缸内吸气压力低于吸气管内压力吸气压力低于吸气管内压力p p1 1，实际缸内排气压力，实际缸内排气压力高于排气管内压力高于排气管内压力p2p2。吸、排气管内的压力取决于外界系统压力，吸、排气管内的压力取决于外界系统压力，与缸内过程无关，此压力是在压缩机标准吸、排与缸内过程无关，此压力是在压缩机标准吸、排气位置上测得的压力，叫做标准吸、排气压力，气位置上测得的压力，叫做标准吸、排气压力，也称为名义吸、排气压力。而气缸内气体的瞬时也称为名义吸、排气压力。而气缸内气体的瞬时工作压力工作压力p p是周期性变化的。是周期性变化的。(3)(3)压压缩缩机机工工作作中中，活活塞塞环环、填填料料和和气气阀阀等等不不可避免会有泄漏。可避免会有泄漏。(4)(4)在膨胀和压缩过程中，气体与缸壁间的热在膨胀和压缩过程中，气体与缸壁间的热交换使膨胀过程指数和压缩过程指数不断变化。交换使膨胀过程指数和压缩过程指数不断变化。为计算方便，工程上常把过程指数简化成常数。为计算方便，工程上常把过程指数简化成常数。3.33.3 排气量排气量一、排气量的定义一、排气量的定义 由于实际要求与换算方法的不同。压缩机的排由于实际要求与换算方法的不同。压缩机的排气量气量(或称流量或称流量)有实际容积流量有实际容积流量(实际排气量实际排气量)与标准与标准容积流量容积流量(标准排气量标准排气量)两种。两种。1实际容积流量实际容积流量 实际排气量是经压缩机压缩并在标准排气位置实际排气量是经压缩机压缩并在标准排气位置排出气体的容积流量，换算到第一级进口标准吸气排出气体的容积流量，换算到第一级进口标准吸气位置的气体容积值。位置的气体容积值。标准吸、排气位置是压缩机上认为有代标准吸、排气位置是压缩机上认为有代表性的吸、排气位置。此位置随压缩机的结构表性的吸、排气位置。此位置随压缩机的结构及安装方式而变化，在有关压缩机试验方法的及安装方式而变化，在有关压缩机试验方法的标准中有明确规定。标准中有明确规定。压缩机铭牌上的排气量叫额定排气量，是压缩机铭牌上的排气量叫额定排气量，是在特定进口状态在特定进口状态(进气压力为进气压力为10105 5PaPa、温度为、温度为20)20)的排气量。的排气量。2标准容积流量标准容积流量 在在化化工工工工艺艺中中使使用用的的压压缩缩机机，由由于于工工艺艺计计算算的的需需要要，将将压压缩缩机机在在标标准准排排气气位位置置的的实实际际容容积积流流量量换换算算到到标标准准工工况况的的气气体体容容积积值值叫叫标标准准排排气气量量，也也称称供供气量。气量。二、活塞压缩机的实际吸气量二、活塞压缩机的实际吸气量 在理论工作循环中，压缩机每转的理论吸气量在理论工作循环中，压缩机每转的理论吸气量就是气缸的工作容积就是气缸的工作容积V Vh h,实际吸气量总小于理论吸实际吸气量总小于理论吸气量。气量。如图示，排气终了点是如图示，排气终了点是C C点，缸内残留气体的容点，缸内残留气体的容积为积为V Vc c，在膨胀过程中，这部分气体的体积膨胀在在膨胀过程中，这部分气体的体积膨胀在开始吸气时所占容积为开始吸气时所占容积为 。因此，吸入的新鲜。因此，吸入的新鲜气体容积为：气体容积为：由于余隙容积的影响，使气缸有效吸气容积比理论由于余隙容积的影响，使气缸有效吸气容积比理论值减少了值减少了 。余隙容积对气缸有效吸气容积的影响。余隙容积对气缸有效吸气容积的影响用容积系数反映，即：用容积系数反映，即：此此外外，吸吸气气终终了了点点是是A A点点，此此时时的的状状态态为为p pA A、T TA A，其其中中p pA Ap1p1、T TA AT T1 1，根根据据吸吸气气量量的的定定义义，要要从从A A点点状状态态换换算算到到标标准准位位置置吸吸气气状状态态p p1 1、T T1 1，所得每转的实际吸气量为，所得每转的实际吸气量为V V1 1。式中：式中：p p为压力系数，为压力系数，T T为温度系数。为温度系数。1 1容积系数容积系数 设设膨膨胀胀过过程程的的多多变变指指数数为为 ，压压力力以以标标准准吸吸排排气气状状态态压压力力为为基基准准，余余隙隙容容积积中中残残留留气气体体的的体体积积膨膨胀量胀量 为：为：a a为相对余隙容积，为相对余隙容积，为压力比。容积系数反映气缸为压力比。容积系数反映气缸容积的利用程度，它受到相对余隙容积、压力比、容积的利用程度，它受到相对余隙容积、压力比、多变指数的影响。多变指数的影响。(1)(1)相对余隙容积相对余隙容积a a 在压力比和过程指数一定时，相对余隙容积在压力比和过程指数一定时，相对余隙容积a a越越大，残留气体膨胀后占去的容积越大，气缸的利用大，残留气体膨胀后占去的容积越大，气缸的利用率越低。在结构设计中，力求减小气缸的余隙容积。率越低。在结构设计中，力求减小气缸的余隙容积。据统计气阀通道容积约占总余隙容积的一半以据统计气阀通道容积约占总余隙容积的一半以上，是最主要的部分。其值取决于气阀结构及气阀上，是最主要的部分。其值取决于气阀结构及气阀在气缸上的布置情况。一般网状阀、环状阀的在气缸上的布置情况。一般网状阀、环状阀的a a值小值小于直流阀，环状进、排气阀放在一起的组合阀的于直流阀，环状进、排气阀放在一起的组合阀的a a值值最小。气阀沿缸的径向布置时最小。气阀沿缸的径向布置时a a值较大，轴向布置值较大，轴向布置a a值最小，斜向布置时处于两者之间。值最小，斜向布置时处于两者之间。(2)(2)压力比压力比 对同一级气缸来说，当相对余隙容积和过程指对同一级气缸来说，当相对余隙容积和过程指数一定时，压力比数一定时，压力比越大，残留气体膨胀后所占的越大，残留气体膨胀后所占的容积越大。极限情况下，残留气体膨胀后占据整个容积越大。极限情况下，残留气体膨胀后占据整个气缸工作容积，此时气缸完全不能吸入新鲜气体，气缸工作容积，此时气缸完全不能吸入新鲜气体，容积系数等于零，此时的压力比称极限压力比容积系数等于零，此时的压力比称极限压力比maxmax，即：，即：（3 3）过程指数）过程指数 残留气体与缸壁间的热交换使膨胀过程中指数残留气体与缸壁间的热交换使膨胀过程中指数 发生变化。膨胀初期，气体温度高于缸壁及活塞温发生变化。膨胀初期，气体温度高于缸壁及活塞温度，气体放热膨胀，度，气体放热膨胀，；膨胀中期两者温度相同，；膨胀中期两者温度相同，没有热交换，没有热交换，；膨胀后期，气体温度低于缸；膨胀后期，气体温度低于缸壁温度，气体吸热膨胀，壁温度，气体吸热膨胀，。的计算参见表的计算参见表3-3-1 1（p218p218）。）。2 2压力系数压力系数 影响影响pp的主要因素是气阀弹簧力。过强的弹簧的主要因素是气阀弹簧力。过强的弹簧力会使吸气阀提前关闭，导致力会使吸气阀提前关闭，导致p pA A降低，降低，pp值变小。值变小。对于正确设计的气阀，常压进气时对于正确设计的气阀，常压进气时p=0.95p=0.950.980.98；以后各级进气压力较高；以后各级进气压力较高,弹簧力与气体压力的相对弹簧力与气体压力的相对比值减小，相对压力损失减小，可取比值减小，相对压力损失减小，可取p=0.98p=0.981 1。3 3温度系数温度系数 气体在气缸中被压缩，温度升高，同时加热了气体在气缸中被压缩，温度升高，同时加热了缸壁和活塞。缸壁温度约为吸、排气温度的平均值，缸壁和活塞。缸壁温度约为吸、排气温度的平均值，总是高于吸气管道中气体的温度。因此，在吸气过总是高于吸气管道中气体的温度。因此，在吸气过程中新鲜气体将从缸壁和活塞吸收热量而使吸气终程中新鲜气体将从缸壁和活塞吸收热量而使吸气终了了A A点的温度高于吸气温度，即点的温度高于吸气温度，即T TA AT T1 1，使气体比容，使气体比容增大，折算到标准吸气状态的吸气量就要减少。增大，折算到标准吸气状态的吸气量就要减少。三、活塞压缩机的排气量三、活塞压缩机的排气量 由于压缩机的气阀、活塞环、填料、管道及附由于压缩机的气阀、活塞环、填料、管道及附属设备等密封不严而造成气体泄漏了属设备等密封不严而造成气体泄漏了 ，所以压缩，所以压缩机的实际排气量总是比吸气量小。机的实际排气量总是比吸气量小。每一转的排气量：每一转的排气量：单位时间的排气量：单位时间的排气量：1 1泄漏系数泄漏系数 压缩机泄漏量的大小用泄漏系数压缩机泄漏量的大小用泄漏系数 表示。表示。压缩机的泄漏有外泄漏和内泄漏两种。外泄漏压缩机的泄漏有外泄漏和内泄漏两种。外泄漏是指直接漏到机外损失掉或直接影响到排气量是指直接漏到机外损失掉或直接影响到排气量的漏失量。内泄漏是指从高压级漏到低压级或的漏失量。内泄漏是指从高压级漏到低压级或级间管道等的泄漏，这部分气体仍在机内，以级间管道等的泄漏，这部分气体仍在机内，以后又被压送回高压级，它不直接影响排气量，后又被压送回高压级，它不直接影响排气量，但会影响级间压力分配。但会影响级间压力分配。单级压缩机的泄漏系数为：单级压缩机的泄漏系数为：多级压缩时，任意第多级压缩时，任意第i i级的泄漏系数为：级的泄漏系数为：2.2.实际排气量实际排气量 当压缩机结构尺才一定时，单级压缩机的排气当压缩机结构尺才一定时，单级压缩机的排气系数和实际排气量可按下式计算：系数和实际排气量可按下式计算：排气系数：排气系数：实际排气量：实际排气量：3 3影响排气量的因素影响排气量的因素 (1)(1)容积系数对排气量影响最大，故在结容积系数对排气量影响最大，故在结构设计时应尽可能减少余隙容积。构设计时应尽可能减少余隙容积。(2)(2)改善气缸的冷却效果，以提高膨胀过程改善气缸的冷却效果，以提高膨胀过程指数，增大排气系数。指数，增大排气系数。(3)(3)良好的密封可以减少泄漏。良好的密封可以减少泄漏。(4)(4)压缩机的转速直接影响排气量的大小。压缩机的转速直接影响排气量的大小。3.43.4 功率和效率功率和效率 一、指示功率一、指示功率 压缩机中直接消耗于压缩气体称为指示功，可用压缩机中直接消耗于压缩气体称为指示功，可用示功器记录的压力一容积指示图来计算。单位时间示功器记录的压力一容积指示图来计算。单位时间消耗的指示功称为指示功率。对已有压缩机用实测消耗的指示功称为指示功率。对已有压缩机用实测法进行标定检验，在新设计时则用解析法进行计算。法进行标定检验，在新设计时则用解析法进行计算。在运转的压缩机上，用示功器测得气缸的指示在运转的压缩机上，用示功器测得气缸的指示图。目前指示图的取得采用机械示功器、电子示功图。目前指示图的取得采用机械示功器、电子示功器及计算机采集数据再绘制指示图等方法。取得指器及计算机采集数据再绘制指示图等方法。取得指示图后用求积仪或计算机求出它的面积示图后用求积仪或计算机求出它的面积A A，则可得压，则可得压缩机每转的指示功为：缩机每转的指示功为：指示功率：指示功率：二、轴功率和原动机功率二、轴功率和原动机功率 活活塞塞式式压压缩缩机机中中，若若原原动动机机输输出出功功率率为为N N0 0，由由于于传传动动装装置置(如如皮皮带带轮轮、联联轴轴器器、齿齿轮轮箱箱等等)的的能能量量消消耗耗，使使压压缩缩机机曲曲轴轴上上所所得得到到的的输输入入功功率率减减小小为为N N，此此值值称称为为轴轴功功率率。另另外外，由由于于压压缩缩机机内内有有摩摩擦擦、有有热热传传递递和和泄泄漏漏，扣扣除除它它们们造造成成的的能能量量损损失失，最最后后在在示示功功器器记记录录的的压压力力容容积积图图上上对对应应的的功功率率才才是是指指示示功。功。1 1轴功率轴功率 轴轴功功率率是是压压缩缩机机驱驱动动轴轴所所需需要要的的功功率率。轴轴功功率率包包括括指指示示功功率率、传传热热及及泄泄漏漏损损失失功功率率、机机械械损损失失功功率率三三部部分分。传传热热及及泄泄漏漏损损失失功功率率不不易易测测定定，一一般般在在计算轴功时，忽略其影响。因此：计算轴功时，忽略其影响。因此：2.2.原动机功率原动机功率 在在原原动动机机与与曲曲轴轴之之间间，通通常常需需要要传传动动机机构构（皮皮带带传传动动机机构构、齿齿轮轮传传动动机机构构）进进行行减减速速，传传动动机机构构要造成能量消耗要造成能量消耗N Ne e。因此原动机功率为：。因此原动机功率为：3.3.原动机配置功率原动机配置功率 实际选用原动机的功率时，考虑到操作条件和实际选用原动机的功率时，考虑到操作条件和运转负荷的波动，而留运转负荷的波动，而留5 51515的储备功率，即取原的储备功率，即取原动机额定功率为动机额定功率为(1.05(1.051.15)N1.15)N0 0。最后查现有原动。最后查现有原动机标准规格选取。机标准规格选取。三、热效率和比功率三、热效率和比功率 压缩机的经济性能可用热效率来衡量。压缩机的经济性能可用热效率来衡量。1 1等温理论效率和等温总效率等温理论效率和等温总效率 压缩机理论循环所需的等温理论功率压缩机理论循环所需的等温理论功率N NT T，是理，是理想的最小功率。以此为基推，与相同吸气压力、相想的最小功率。以此为基推，与相同吸气压力、相同吸气量下的实际指示功率之比，得等温理论效率同吸气量下的实际指示功率之比，得等温理论效率i-Ti-T，也称等温指示效率，即，也称等温指示效率，即 若等温理论功率若等温理论功率NT 与相应条件下轴功率与相应条件下轴功率N之比，之比，得等温总效率得等温总效率 ，即：，即：等温理论效率反映了实际循环中热交换以及吸、排等温理论效率反映了实际循环中热交换以及吸、排气过程阻力造成的损失情况，常用来评价水冷式压气过程阻力造成的损失情况，常用来评价水冷式压缩机的经济性能。等温总效率包含了机械损失。一缩机的经济性能。等温总效率包含了机械损失。一般压缩机的等温总效率约为般压缩机的等温总效率约为0.600.750。2 2绝热理论效率和绝热总效率绝热理论效率和绝热总效率 绝热理论功率绝热理论功率N NS S与相同吸气压力、相同吸气量与相同吸气压力、相同吸气量下的实际指示功率之比，得绝热理论效率下的实际指示功率之比，得绝热理论效率i-Si-S，即：，即：若若绝热绝热理论功率理论功率NS 与相应条件下轴功率与相应条件下轴功率N之比，之比，得得绝热绝热总效率总效率S S，即：，即：压缩机的实际压缩过程更接近于绝热过程，故压缩机的实际压缩过程更接近于绝热过程，故绝热效率较好地反映了压缩机吸、排气过程阻力损绝热效率较好地反映了压缩机吸、排气过程阻力损失所造成的影响，但它并末直接反映压缩机的功率失所造成的影响，但它并末直接反映压缩机的功率指标是否先进。指标是否先进。同一台压缩机的绝热效率总比相同一台压缩机的绝热效率总比相应的等温效率高。应的等温效率高。3 3比功率比功率NrNr 比功率是单位排气量所消耗的轴功率。比功率是单位排气量所消耗的轴功率。这个指标反映了同类型压缩机在相同吸、排气条件这个指标反映了同类型压缩机在相同吸、排气条件下能量消耗指标的先进性，用来衡量空气压缩机经下能量消耗指标的先进性，用来衡量空气压缩机经济性的重要指标。在比较时应注意冷却水入口温度济性的重要指标。在比较时应注意冷却水入口温度及水耗量也应相同。及水耗量也应相同。3.53.5 排气温度及排气压力排气温度及排气压力一、排气温度一、排气温度 压压缩缩机机的的排排气气温温度度由由气气体体被被压压缩缩的的热热力力过过程程所所决决定定。气气体体压压缩缩终终温温不不易易测测定定，可可将将热热电电偶偶埋埋在在排排气气阀阀内内测测得得较较近近似似的的压压缩缩终终温温。一一般般所所说说排排气气温温度度是是指指在在标标准准排排气气位位量量测测得得的的温温度度，由由于于散散热热的的影影响响，该温度低于实际压缩终温。该温度低于实际压缩终温。二、排气压力二、排气压力 压缩机铭牌上的压力是设计额定压力，在压缩压缩机铭牌上的压力是设计额定压力，在压缩机上是指标准排气位置测得的压力。压缩机实际运机上是指标准排气位置测得的压力。压缩机实际运转中的排气压力并不总是符合设计压力，其值取决转中的排气压力并不总是符合设计压力，其值取决于排气系统的压力，如储气罐压力或排气端工艺系于排气系统的压力，如储气罐压力或排气端工艺系统的压力。统的压力。3.6 3.6 多级压缩多级压缩 当生产中要求气体工作压力较高时，采用单级当生产中要求气体工作压力较高时，采用单级压缩不仅不经济，有时甚至是不可能实现的，所以压缩不仅不经济，有时甚至是不可能实现的，所以必须采用多级压缩。图示为一台三级压缩机工作示必须采用多级压缩。图示为一台三级压缩机工作示意图。气体在进入下一级气缸之前，必须经过中间意图。气体在进入下一级气缸之前，必须经过中间冷却器进行等压冷却，并分离出凝液及润滑油。冷却器进行等压冷却，并分离出凝液及润滑油。一、多级压缩优点一、多级压缩优点 1 1节省压缩气体的指示功；节省压缩气体的指示功；2 2提高气缸容积利用率；提高气缸容积利用率；3 3降低排气温度；降低排气温度；4 4降低气体作用在活塞上的力。降低气体作用在活塞上的力。但但多多级级压压缩缩结结构构复复杂杂，辅辅助助设设备备多多，级级数数过过多多还会使消耗于管路系统及摩擦功的比例增大。还会使消耗于管路系统及摩擦功的比例增大。二、压力比分配二、压力比分配 设有一台设有一台z z级压缩机，各级工作容积分别为级压缩机，各级工作容积分别为V V V V、V V V Vz z ，各级的吸气压力分别为，各级的吸气压力分别为P P11、P P11、P P11P P1z1z，末级排气压力为，末级排气压力为p p2z2z。假设各级吸入温度。假设各级吸入温度相同，各级的过程指数相同，各级的过程指数m m相同，若忽略级间冷却器阻相同，若忽略级间冷却器阻力损失，则各级的多变理论压缩功为：力损失，则各级的多变理论压缩功为：当各级吸气温度相同时，有：当各级吸气温度相同时，有：则总的多变理论功为：则总的多变理论功为：对上式进行对上式进行 偏导，并令偏导，并令 同理同理 有：有：因此，可以推论得：因此，可以推论得：说明各级压力比相等且吸入温度相同时总指说明各级压力比相等且吸入温度相同时总指示功最小，这就是等压力比分配原则。对理示功最小，这就是等压力比分配原则。对理想气体各级消耗的功也相等。想气体各级消耗的功也相等。三、最佳压力比和级数选择三、最佳压力比和级数选择 1.1.单级的最佳压力比单级的最佳压力比 等压力比原则说明各级压力比间的关系，而要确等压力比原则说明各级压力比间的关系，而要确定压力比的大小还要找出它的最佳值。由于理论等定压力比的大小还要找出它的最佳值。由于理论等温压缩功最小，因此把实际压缩机的理论等温效率温压缩功最小，因此把实际压缩机的理论等温效率 最大时的压力比称为最佳压力比最大时的压力比称为最佳压力比 ，此时最省功。，此时最省功。而而 对上式进行求导，并令对上式进行求导，并令 ，有：，有：2.2.级数选择级数选择 最佳压力比最佳压力比0 0确定后，即可根据等压力比原则确定后，即可根据等压力比原则确定压缩机的级数。因此，最适