活塞式压缩机与离心式压缩机复习知识.doc

压缩机容积式压缩机：是指气体直接受到压缩，从而使气体容积缩小、压力提高的机器。属于强制压缩。速度式压缩机：是利用高速旋转的转子将其机械能传给气体，并使气体压力提高的机器。主要有轴流式和离心式两种。往复压缩机的结构：工作腔部分：气缸、气阀、活塞，传动部分：曲轴、连杆、十字头、活塞杆、十字头销、曲柄销，机身部分：支承（连接）气缸、传动部分，辅助部分：润滑、冷却、调节、安全阀、消音器、滤清器、缓冲器容积式压缩机的特点：机器转速的改变对工作容积的变化规律没直接影响，故压力与流量关系不大，工作稳定性较好.（只是匀不匀的关系）.气体的吸入、排出与气体性质无关，故适应性强、易达到较高压力.机器热效率高（因为泄漏少）.结构复杂，往复式的易损件较多.气体脉动大，易引起气柱、管道振动，故限制了机器的转速. 分类：按活塞的压缩动作分：单作用压缩机、双作用压缩机、多缸单作用压缩机、多缸双作用压缩机。按结构形式分：立式 （代号Z)、卧室（代号P)、角度式（代号L、S)、星型（代号T 、V 、W 、X)、对称平衡型（代号H 、M 、D)、对置式（代号DZ)。按排气压力（表压）分：低压 0.31.0MPa；中压 110MPa；高压 10100MPa；超高压 100MPa以上。按排气量（进口状态）：微型 60m3/min。级数分类：单级压缩机、两级压缩机、多级（三次以上）压缩机。列数分：单列压缩机、双列压缩机、多列压缩机。活塞式压缩机的型号表示法：2DZ-12.2/250-2200型乙烯增压压缩机2列、对置式，额定排气量12.2m3/min,额定进、排气压力250x105Pa、 2200x105Pa 。4VY-12/7型压缩机4列、V型、移动式，额定排气量12m3/min,额定排气压力7x105Pa。4M12-45/210型压缩机4列、M型，活塞推力12x104N,额定排气量45m3/min,额定排气压力210x105Pa。漩涡压缩机工作原理：涡旋式压缩机零部件少，只有四个运动部件,压缩机工作腔由相运动涡卷付形成多个相互封闭的镰形工作腔，当动涡卷作平动运动时，使镰形工作腔由大变小而达到压缩和排出压缩空气的目的。特点：涡旋式压缩机主要运动件涡卷付，只有磨合没有磨损，因而寿命更长，被誉为免维修压缩机。由于涡旋式压缩机运行平稳、振动小、工作环境安静，又被誉为“超静压缩机”滑(叶)片式空压机 ：最长的使用寿命，低转速（1460RPM），动件少（轴承与滑片），润滑油在机件间形成保护膜，防止磨损及泄漏，使空压机能够安静有效运作；平时有按规定做例行保养的JAGUAR滑片式空压机，至今使用十万小时以上，依然完好如初，按十万小时相当于每日以十小时运作计算，可长达33年之久。因此，将滑片式空压机比喻为一部终身机器实不为过。工作原理：1.转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。 2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。 3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。 4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。 螺杆式压缩机：螺杆式气体压缩机是世界上最先进、紧凑型、坚实、运行平稳，噪音低，是值得信赖的气体压缩机。 工作过程：1.凸凹转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。活塞式空压机的热力学基础气体的基本状态参数：压力p、比容v、温度t； 气体状态方程：pv=mrt r气体常数，m气体分子量。余隙容积Vc的影响：Vc不利的影响残存的气体在活塞回行时，发生膨胀，使实际吸气行程（容积）减小。Vc有利的好处（1）形成气垫，利于活塞回行；（2）避免“液击”（空气结露）；（3）避免活塞、连杆热膨胀，松动发生相撞。决定容积系数v大小的三个参数：相对余隙容积、压力比、多变膨胀指数。漏泄：内漏：排气阀（回漏）；外漏：吸气阀、活塞环、气缸垫。保证措施：气阀的严密闭合，气缸与活塞、气缸与缸盖等部件的严密配合。气体流动惯性的影响：当吸气管中的气流惯性方向与活塞吸气行程相反时，造成气缸压力较低，气体比容增大，吸气量下降。保证措施：合理的设计进气管长度，不得随意增减进气管的长度，保证滤器的清洁。实际工作循环与理论循环不同的原因：1）余隙容积Vc的影响；2）进排气阀及流道阻力的影响；3）吸气预热的影响；4）泄漏的影响；5）气体流动惯性的影响。级数的选择原则：压缩总功最少；排气温度在允许范围之内；价格低廉和运转可靠。后一级的压缩比选得小一些的原因：后级冷却比前级效果差，采用同样压比耗功会更大；后级余隙容积相对大，采用同样压比容积损失会更大。往复压缩机的结构：工作部分：气缸、气阀、活塞；传动部分：曲轴、连杆、十字头、活塞杆、十字头销、曲柄销；机身部分：支承（连接）气缸、传动部分；辅助部分(润滑系统、冷却系统、调节系统和管路系统）：润滑、冷却、调节、安全阀、消音器、滤清器、缓冲器。气缸：按气缸容积利用情况：单作用、双作用、极差式；按气缸冷却方式的不同：风冷、水冷；按气缸制造方法的不同：铸造气缸、锻制气缸；按气缸所用材料分：铸铁、铸钢、锻制（碳钢、合金钢）。采用汽缸套原因：1.高压级锻钢或铸钢耐磨性差，易将活塞环咬死，须嵌入耐磨性好的铸铁汽缸（珠光体铸铁）。2.易于更换汽缸（对于高速或高压气缸以及较脏气体磨损强）3.易于实现系列化、标准化分干式缸套和湿式汽缸套；干式缸套：不直接与冷却水接触的缸套（用于高压级）。湿式缸套：直接与冷却水接触的缸套（用于低压级）。汽缸的润滑和冷却：润滑的目的：改善活塞环的密封性能，减少摩擦功和磨损，并且带走摩擦热量。润滑方式：压力润滑和自润滑压力润滑：通过注油器注油润滑，注油点可在缸体中部顶端均匀布置。冷却的目的：改善润滑条件和气阀的工作条件，消除活塞环的烧结现象。冷却方式：水冷和风冷。气阀在气缸上布置的三种方式：1、气阀布置在气缸盖上；2、气阀布置在气缸体上；3、气阀轴线与气缸轴线成非正交混合配置方式。对汽缸工作表面的要求：活塞扫过的工作面必须精加工以保证密封性；活塞行程大于工作面12mm，避免磨出台阶；工作表面应有一定锥度以便于安装活塞；活塞环硬度应高于汽缸工作表面硬度20布氏硬度。布置气阀的主要要求：1、尽量使气阀通道面积大些，以减少气流阻力损失；2、配置气阀力求汽缸余隙要小；3、气阀安装维修方便；4、对于高压气阀，尽量不要在气缸上开孔，以免削弱气缸或引起应力集中；5、采用相同的气阀。活塞组件包括：活塞、活塞杆和活塞环。活塞组件的结构取决于压缩机的排气量、排气压力以及压缩气体的性质及汽缸的结构。活塞作用：活塞与汽缸构成了压缩容积，在汽缸中往复运动，起到压缩气体的作用，活塞要具有良好的密封性、足够的强度和刚度以及表面硬度；质量要小并具有良好的制造工艺性。活塞的基本结构形式：筒形、盘形、级差式。活塞环密封原理和切口形式：密封原理：节流和阻塞；泄露点：环外缘与缸体内壁，环下表面与槽下表面，活塞环开口。气阀：气阀的作用是控制气缸中的气体进入和排出。压缩机上的气阀都是自动气阀，即气阀的启闭不是专门的控制结构而是靠气阀两侧的压力差来实现自动及时启闭的。对气阀的要求1、气阀启闭及时，关闭时严密不漏气2、气流通过气阀时，阻力损失小3、气阀使用寿命长4、气阀形成的余隙容积小5、结构简单、互换性好曲轴曲轴是压缩机中主要的运动件，承受方向和大小均周期变化的较大载荷和摩擦，要求有较高抗疲劳和耐磨能力曲轴的形式：曲柄轴和曲拐轴，现主要用曲拐轴，它由主轴颈、曲柄销、曲柄及平衡铁部分组成，广泛用于对称平衡、角度式、立式压缩机中。连杆连杆将活塞上的推力传递给曲轴，将曲轴的旋转运动转换为活塞的往复运动。连杆结构：分开式和闭式两种结构，采用较多的是开式结构，开式连杆包括杆体、大头、小头三部分，大头分为大头座和大头盖，用连杆螺栓连接，有防松装置，垫片调节轴瓦与主轴的间隙。杆体形状：圆形、矩形、工字形，工字形质量小。十字头结构：由十字头体、滑板、十字头销组成，按与滑板连接整体和可拆，与小头连接分开式和闭式。十字头与活塞杆连接：螺纹、连接器、法兰连接。密封元件：填料函密封元件密封原理：阻塞和节流，通常采用自紧密封结构，种类：平面形和锥面形。平面性用于中低压、锥面形用于高压。泄漏通道：1 密封盒口与相邻密封盒的盒底接触面，由压盖螺栓力密封2 填料函底端面与最里面密封盒底面的接触面，用垫片靠压盖螺栓力密封3 主副密封圈内圆面靠弹簧力密封4 帽形片和弧形片间接触面靠弹簧力和气体力5 副密封圈侧面和主密封圈端面及底盒接触面由气体力密封缓冲器：压缩机为脉动排气，容易引起振动和增加功耗，可采用缓冲器来减小振动和功耗。由于气流速度突然降低，部分油水被分离出来，所以也有一定的油水分离作用。缓冲器结构形式：圆筒形和球形，分别用于低压和高压，缓冲器内部加芯子可做成声学滤波器。同一级有多个气缸，最好共用一个缓冲器。冷却器包括：列管式、套管式、元件式、蛇管式、淋洒式、螺旋板式等结构，列管式、螺旋板式用于低压，套管式、淋管式用于高压。元件式冷却器多用于L形压缩机油水分离器：压缩机排气中包含部分水蒸气和压缩机润滑油蒸汽，在冷凝器中凝结成水滴和油滴，若不分离将影响下一级汽缸、气阀，还会降低气体的纯度的正常工作，甚至引起爆炸。分为惯性式和离心式两种油水分离器。安全阀：采用自动式安全阀，按照排出介质的方式分为开式和闭式，闭式用于有毒、易燃易爆的介质。常用的安全阀有弹簧式与重载式两种。弹簧式结构用于中低压，重载式用于高压。活塞式压缩机的润滑：润滑目的：减少磨损，冷却摩擦面，防止温度过高和运动件卡住，同时还起到油膜密封的作用。润滑方式：分飞溅润滑和压力润滑润滑油的选择：汽缸部分润滑油选择要求：在操作温度下有足够的黏度，氧化安定性，不与气体反应，有良好的水溶性，闪点较排气温度高20-30度运动机构润滑油的选用：选用一般的机械油，要求摩擦表面一般低于70度；运动结构的润滑油是循环使用的，通常每半年更换一次。基础：基础受旋转惯性力、往复惯性力及重力，力矩有倾覆力矩和摩擦力矩。小结：1气体力、摩擦力是内力；2往复惯性力是外力，造成机器振动；3 倾覆力矩与由地基构成的支反力平衡；4 旋转不均匀。惯性力的大小和方向周期性变化，引起机组（包括机器和基础）的振动，振动有如下危害：1 影响管道连接的可靠性2 加剧运动件中的摩擦和磨损，影响机器和厂房的寿命3 由于地基的阻尼，增加了能量损耗4 影响操作人员的身心健康减小机器振动的办法如下：1 加大基础以减少振动，称为外部法；2 在压缩机内部使惯性力得到平衡，称为内部法。转矩的平衡：驱动力矩Md（定值），阻力矩Mk（变值），两者瞬时不平衡。则会出现以下后果：1、在运动部件上产生附加的动载荷；2、使联轴器上增加负荷，减少使用寿命；3、使电网、电压、电流波动，不稳定。控制方法：在主轴上加飞轮矩，当驱动力矩大于阻力矩时，飞轮利用自身巨大的转动惯量，储存能量，当阻力矩大于驱动力矩时，飞轮转速降低，放出储存的能量，实现转矩的平衡。压缩机变工况工作及排气量调节变工况工作：压缩机在偏离原设计条件情况下工作时，其热力性能将与原设计不同。活塞式压缩机排气量的调节：1、改变转速与间歇停车，一般只适用于微型压缩机或空压机站，电机是可变速的，经济性不好。2、切断进气口法，广泛用于中小型压缩机，结构简单、工作可靠、功率消耗小。缺点：活塞力突变，易形成负压。3、旁路调节，将排出管与吸入管连通，用阀门控制。优点：简单方便，可连续调节，可调节多级压缩机的各级压力比。缺点：浪费能源，不经济。4、顶开吸气阀法。减小气流脉动的措施：1 设缓冲罐；2 设滤波器；3 安装孔板阻尼；4 改变管路频率。减小管路振动的措施：1管路频率高于或低于激振频率；2尽量少使用弯头；3 加强管路支撑。气流脉动及管路振动：吸排气的间歇性使气流速度和压力程周期性，引起振动。气流脉动周期与气柱周期相同就产生气柱共振。管路机械共振：气流脉动周期与管路固有频率相同就产生管路机械共振离心式鼓风机的工作原理当叶轮转动时，使气体产生离心力，气体由吸入管进入机壳，经第一级工作叶轮加速后，进入扩压器增大静压，然后进入第二级工作，最后由出口排出。离心式鼓风机的主要零部件 主要由机壳、叶轮、主轴、轴承座、密封组件、润滑装置、靠背轮（或皮带轮） 、支架以及其他辅助零件组成。罗茨鼓风机是回转容积式鼓风机的一种，其输风量与回转数成正比。罗茨鼓风机按结构形式可分为立式（流量小于40m3/min）和卧室（流量大于40m3/min）。冷却方式有风冷和水冷。主要零部件：1.传动齿轮:传动齿轮采用同步齿轮，既作传动，又起叶轮定位作用。有两叶型和三叶型两种。一般大多采用铸铁和铸钢。2.机壳:机壳的作用是与转子共同形成密封容积。常用铸铁和铸钢制成。3.转子:由叶轮和轴组成。小型做成实心的，中型为了减轻重量，可做成空心的。有两叶型和三叶型两种。一般大多采用铸铁和铸钢。4.轴承与轴封装置:轴承的作用是支撑转子和轴转动。有滚动轴承和滑动轴承两种。轴封装置有胀圈式，迷宫式，填料式，机械密封式等。罗茨鼓风机的操作 1.罗茨鼓风机的启动（1）完全打开进气调节阀，出气调节阀及旁通管；（2）检查进风口空气滤清器是否畅通，滤清器进口是否完全打开；（3）检查管道，阀门，消声器，空气滤清器支撑是否稳固，不得有负荷力加在机壳上；（4）实行盘车，检查叶轮运转是否灵活，有无摩擦卡住；2.罗茨鼓风机的停机 首先打开旁通管，进行“放风”，待风压降下来后（基本与进气口相同），才能切断电源，然后关闭进气阀和冷却水系统。离心式压缩机：压缩机喘振：当压缩机的进口流量小到足够的时候，会在整个扩压器流道中产生严重的旋转失速，压缩机的出口压力突然下降，使管网的压力比压缩机的出口压力高，迫使气流倒回压缩机，一直到管网压力降到低于压缩机出口压力时，压缩机又向管网供气，压缩机又恢复正常工作。当管网压力又恢复到原来压力时，流量仍小于机组喘振流量，压缩机又产生旋转失速，出口压力下降，管网中的气流又倒流回压缩机。如此周而复始，一会气流输送到管网，一会又倒回到压缩机，使压缩机的的流量和出口压力周期的大副波动，引起压缩机的强烈气流波动，这种现象就叫做压缩机的喘振。一般管网容量大，喘振振幅就大，频率就低，反之，管网容量小，喘振的振幅就小，频率就高。压缩机喘振的特征：1、压缩机的工况及不稳定，压缩机的出口压力和入口流量周期性的大幅度波动，频率教低，同时平均排气压力值下降。2、喘振有强烈的周期气流声，出现气流吼叫。3、机器强烈振动。机体、轴承、管道的振幅急剧增加，由于振动剧烈、轴承润滑条件遭到破坏，损坏轴瓦。转子与定子会产生摩擦、碰撞，密封元件将严重损坏。防止压缩机喘振的条件：1、防止进气压力低、进气温度高、和气体分子量小等。2、防止管网堵塞使管网特性改变。3、要坚持在开、停车过程中，升降速不可太快，并且先升速后升压和先降压后降速。4、开、关防喘阀时平稳缓慢。关防喘阀时要先低压后高压，开防喘时要先高压后低压。 如万一出现“旋转失速”和“喘振”时，首先应全部打开防喘阀，增加压缩机的流量，然后再根据具体情况进行处理。离心式压缩机与活塞式压缩机相比有以下一些优点：1、离心式压缩机的气量大，结构筒单紧凑，重量轻，机组尺寸小，占地面积小。2、运转平衡，操作可靠，运转率高，摩擦件少，因之备件需用量少，维护费用及人员少。3、在化工流程中，离心式压缩机对化工介质可以做到绝对无油的压缩过程。4、离心式压缩机为一种回转运动的机器，它适宜于工业汽轮机或燃汽轮机直接拖动。对一般大型化工厂，常用副产蒸汽驱动工业汽轮机作动力，为热能综合利用提供了可能。缺点1、离心式压缩机目前还不适用于气量太小及压比过高的场合。2、离心式压缩机的稳定工况区较窄，其气量调节虽较方便，但经济性较差。3、目前离心式压缩机效率一般比活塞式压缩机低。结构 主轴、叶轮、平衡盘、推力盘、套筒、紧圈及固定环等1. 吸气室：吸气室的作用是将气体，均匀地引导至叶轮的进口，以减少气流的扰动和分离损失。2. 叶轮是一个最重要的部件，通过叶轮将能量传递给气体，使气体的速度及压力都得到提高。3. 扩压器是固定部件中最重要的一个部件。它的作用是将叶轮出口的高速气体的速度能转化为压力能。4. 弯道回流器：在多级离心式制冷压缩机中，弯道回流器是为了把由扩压器流出的气体导至下一级叶轮。5. 蜗壳的作用是把扩压器流出的气体汇集起来，集中排至冷凝器或级间冷却器。6. 主轴是起支持旋转零件及传递扭矩作用的。根据其结构形式。有阶梯轴及光轴两种，光轴有形状简单，加工方便的特点。7. 平衡盘：在多级离心式压缩机中因每级叶轮两侧的气体作用力大小不等，使转子受到一个指向低压端的合力，这个合力即称为轴向力。轴向力对于压缩机的正常运行是有害的，容易引起止推轴承损坏，使转子向一端窜动，导致动件偏移与固定元件之间失去正确的相对位置，情况严重时，转子可能与固定部件碰撞造成事故。平衡盘是利用它两边气体压力差来平衡轴向力的零件。它的一侧压力是末级叶轮盘侧间隙中的压力，另一侧通向大气或进气管，通常平衡盘只平衡一部分轴向力，剩余轴向力由止推轴承承受，在平衡盘的外缘需安装气封，用来防止气体漏出，保持两侧的差压。轴向力的平衡也可以通过叶轮的两面进气和叶轮反向安装来平衡。8. 推力盘：由于平衡盘只平衡部分轴向力，其余轴向力通过推力盘传给止推轴承上的止推块，构成力的平衡，推力盘与推力块的接触表面，应做得很光滑，在两者的间隙内要充满合适的润滑油，在正常操作下推力块不致磨损，在离心压缩机起动时，转子会向另一端窜动，为保证转子应有的正常位置，转子需要两面止推定位，其原因是压缩机起动时，各级的气体还未建立，平衡盘二侧的压差还不存在，只要气体流动，转子便会沿着与正常轴向力相反的方向窜动，因此要求转子双面止推，以防止造成事故。离心式压缩机的主要参数是流量、压缩比、有效功率、轴功率、转速、效率。级中能量损失包括三种：流道损失（流动损失和冲击损失）、漏气损失（存在间隙；存在压力差。出口压力大于进口压力，级出口压力大于叶轮出口压力，在叶轮两侧与固定件之间的间隙、轴端的间隙，产生漏气，存在能量损失。）、轮阻损失（叶轮旋转，轮盖、轮盘的外缘和轮缘与周围的气体发生摩擦，产生的损失）。摩擦损失：流体的粘性是根本原因。从叶轮进口到出口有流体与壁面接触，就有边界层存在，就将产生摩擦损失。分离损失：通道截面突然变化，速度降低，近壁边界层增厚，引起分离损失。冲击损失：流量偏离设计工况点，使得叶轮和叶片扩压器的进气冲角i0，在叶片进口附近产生较大的扩张角，导致气流对叶片的冲击，造成分离损失。二次流损失：叶道同一截面上气流速度与压力分布不均匀，存在压差，产生流动，干扰主气流的流动，产生能量损失 。在叶轮和弯道处急剧转弯部位出现。尾迹损失 ：叶片尾部有一定厚度，气体从叶道中流出时，通流面积突然扩大，气流速度下降，边界层发生突然分离，在叶片尾部外缘形成气流旋涡区，尾迹区。尾迹区气流速度与主气流速度、压力相差较大，相互混合，产生的能量损失。密封型式：迷宫密封，机械密封，干气密封，浮环油膜密封，梳齿密封离心式压缩机的性能曲线：反映离心式压缩机性能最主要的参数为压力比、流量、功率及效率。描述：随流量的减小，压缩机提供的压力比将增大。在最小流量时，达到最大。流量和压力比的关系是一一对应的，流量与其他参数的关系也是一一对应的。特点：流量有最大和最小两个极限流量；排出压力也有最大值和最小值。效率曲线有最高效率点，离开该点的工况效率下降很快。功率曲线一般随流量增加而向上倾斜，但当压力比流量曲线向下倾斜很快时，功率曲线可能先向上倾斜而后逐渐向下倾斜。性能曲线的特点：1.随着流量的减小，压缩机能提供的压力比将增大。在最小流量时，压力比达到最大。2.离心压缩机有最大流量和最小流量两种极限流量；排出压力也有最大值和最小值。3.效率曲线有最高效率点，离开该点的工况效率下降的较快。4.功率N与Qj 。大致成正比，所以功率曲线一般随Qj增加而向上倾斜，但当-Qj曲线向下倾斜很快时，功率曲线也可能先向上倾斜而后逐渐向下倾斜。最佳工况：工况的定义：性能曲线上的某一点即为压缩机的某一运行工作状态(简称工况)。最佳工况点：通常将曲线上效率最高点称为最佳工况点。压缩机与管网联合工作：平衡工作点：当离心压缩机向管网输送气体时，如果气体流量和排出压力相当稳定（即波动很小），说明压缩机和管网的性能协调，处于稳定操作状态。压缩机性能曲线与管网性能（阻力）曲线的交点称为平衡工作点平衡工作点具有的条件：压缩机的容积流量等于管网的进气量；压缩机提供的排压等于管网需要的端压。喘振：原因：喘振的内因：流量过小，小于压缩机的最小流量，导致机内出现严重的气体旋转脱离；喘振的外因：管网有一定容积，且压力高于压缩机的排压，造成气流倒流，产生大幅度的气流脉动。脉动的