往复式与离心式压缩机讲解

1、模块一模块一 流体流动与输送机械的操作与使用流体流动与输送机械的操作与使用 教学单元：教学单元：往复式与离心式往复式与离心式 压缩机压缩机 南京化工职业技术学院南京化工职业技术学院 化学工程系化学工程系 季锦林季锦林 1、往复式压缩机的基本结构和工作原理、往复式压缩机的基本结构和工作原理 往复压缩机的结构、工作原理与往复泵往复压缩机的结构、工作原理与往复泵 的比较相近。但因为气体的密度小、可压缩，的比较相近。但因为气体的密度小、可压缩， 故压缩机的吸入和排出活门必须更加灵巧精故压缩机的吸入和排出活门必须更加灵巧精 密；往复压缩机主要部件有活塞、汽缸、吸密；往复压缩机主要部件有活塞、汽缸、吸 气

2、阀和排气阀。为移除压缩放出的热量以降气阀和排气阀。为移除压缩放出的热量以降 低气体的温度，必须附设冷却装置。低气体的温度，必须附设冷却装置。 往复压缩机往复压缩机 2、往复压缩机的工作过程、往复压缩机的工作过程 实际压缩循环实际压缩循环 实际压缩循环指实际压缩循环指 的是压缩机有余隙时的工作循环。所谓的是压缩机有余隙时的工作循环。所谓 余隙是指排气终了时，活塞与汽缸端盖余隙是指排气终了时，活塞与汽缸端盖 之间留有的空隙。之间留有的空隙。 一个实际压缩循环有气体压缩、排一个实际压缩循环有气体压缩、排 气、余隙气体膨胀和吸气四个过程。气、余隙气体膨胀和吸气四个过程。 见见 压缩机实际工作循环。压缩

3、机实际工作循环。 往复压缩机往复压缩机 p v p2 p1 v3v4 v1 1 4 32 0 压缩压缩 排气排气 余隙余隙 气体气体 膨胀膨胀 吸气吸气 2 2 2、往复压缩机的工作过程、往复压缩机的工作过程 压缩过程中气体温度变化和功耗压缩过程中气体温度变化和功耗 等温压缩过程的功耗最小，见图中等温压缩过程的功耗最小，见图中1-2 - 3-4围成的面积围成的面积;而绝热压缩功耗最大，见图而绝热压缩功耗最大，见图 中中1-2 -3-4围成的面积。实际压缩过程采用围成的面积。实际压缩过程采用 冷却装置，使其功耗接近于等温过程，其功冷却装置，使其功耗接近于等温过程，其功 耗介于等温和绝热两者之间，

4、见图中耗介于等温和绝热两者之间，见图中1-2-3-4 围成的面积。这种介于等温和绝热两者之间围成的面积。这种介于等温和绝热两者之间 的压缩过程称为多变压缩。多变压缩功耗介的压缩过程称为多变压缩。多变压缩功耗介 于等温与绝热压缩功耗之间。于等温与绝热压缩功耗之间。 往复压缩机往复压缩机 m m p p TT 1 1 2 12 1 1 1 1 2 411 m m p p m m VVpW 式中式中 T1，T2分别为吸入、排出气体的温度，分别为吸入、排出气体的温度，K； p1，p2分别为吸入、排出气体的压强，分别为吸入、排出气体的压强，kPa； V1- -V4每一次压缩循环的吸气量，每一次压缩循环的

5、吸气量，m3； m多变压缩指数，压缩机的冷却效果越好，多变压缩指数，压缩机的冷却效果越好， m值值 越接近于越接近于1。 多变压缩的排气温度和一个压缩循多变压缩的排气温度和一个压缩循 环的功耗环的功耗W可由下两式确定可由下两式确定 往复压缩机往复压缩机 以上两式说明：压缩功耗与以上两式说明：压缩功耗与 吸入的气量成正比；压缩比增吸入的气量成正比；压缩比增 大，排气温度升高，功耗增大。大，排气温度升高，功耗增大。 %100 31 3 VV V 余隙系数和容积系数余隙系数和容积系数 余隙体积余隙体积V3与活塞推进一次所扫与活塞推进一次所扫 过体积过体积V1- -V3（理论吸入气体体积）之（理论吸入

6、气体体积）之 比的百分率，称为余隙系数，以比的百分率，称为余隙系数，以 表示。表示。 其表达式为其表达式为 一般大、中型压缩机低压汽缸的余隙系一般大、中型压缩机低压汽缸的余隙系 数值约在数值约在8%以下，高压汽缸的余隙系数值以下，高压汽缸的余隙系数值 可达可达12%左右。左右。 31 41 0 VV VV 压缩机一次循环实际吸入的气压缩机一次循环实际吸入的气 体体积体体积V1- -V4与理论吸入的气体体与理论吸入的气体体 积积V1- -V3之比，称为容积系数，用之比，称为容积系数，用 0 表示。其表达式为表示。其表达式为 对于多变压缩过程，对于多变压缩过程， V4 与与V3之间的关系为之间的关

7、系为 m p p VV 1 1 2 34 11 1 1 2 0 m p p m p p 1 1 max 1 2 将其关系代入容积系数的表达式，整理后将其关系代入容积系数的表达式，整理后 得容积系数与余隙系数之间关系为得容积系数与余隙系数之间关系为 上式说明：当压缩比一定时，余隙系数增上式说明：当压缩比一定时，余隙系数增 大，容积系数减小。当余隙系数一定时，压大，容积系数减小。当余隙系数一定时，压 缩比增大，容积系数减小，当压缩比增大到缩比增大，容积系数减小，当压缩比增大到 一定程度时，容积系数为零，此时所对应的一定程度时，容积系数为零，此时所对应的 压缩比称为最大压缩比。压缩比称为最大压缩比。

8、 r ASnV min 理论吸气量，理论吸气量，m3/min； A活塞的截面积，活塞的截面积， m2； S活塞冲程，活塞冲程，m； nr活塞每分钟往复的次数，活塞每分钟往复的次数， 1/min。 min V 式中式中 3、往复压缩机的主要性能参数、往复压缩机的主要性能参数 排气量排气量 压缩机在单位时间内排出的气体体积换压缩机在单位时间内排出的气体体积换 算为算为吸入状态下吸入状态下的数值，又称为压缩机的生产能的数值，又称为压缩机的生产能 力或输气量。力或输气量。 没有余隙情况下的吸气量称为理论吸气量。单动往复没有余隙情况下的吸气量称为理论吸气量。单动往复 压缩机的理论吸气量为压缩机的理论吸气

9、量为 minmin VV d 式中式中 Vmin实际排气量，实际排气量， m3/min； d 排气系数。排气系数。 往复压缩机的实际吸气量为往复压缩机的实际吸气量为 100060 1 1 1 1 1 2 min1 kk a p p k k VpN a a N N 轴功率与效率轴功率与效率 单级压缩机单级压缩机绝热压缩理论功率绝热压缩理论功率Na为为 式中式中 Na绝热压缩理论功率，绝热压缩理论功率， kW。 实际轴功率实际轴功率N为为 式中式中 N轴功率，轴功率，kW； a绝热总效率，绝热总效率， 一般一般 a =0.70.9，设，设 计完善的压缩机计完善的压缩机 a 0.8。 4、多级压缩、

10、多级压缩 实际生产中压缩比可以很大，但压缩实际生产中压缩比可以很大，但压缩 比太大，使得容积系数减小；轴功率增大；比太大，使得容积系数减小；轴功率增大； 排气温度太高，引起汽缸内润滑油碳化或排气温度太高，引起汽缸内润滑油碳化或 油雾爆炸等问题。油雾爆炸等问题。 因此当压缩比大于因此当压缩比大于8时，时， 必须采用多级压缩。必须采用多级压缩。 采用多级压缩可以提高容积系数，降低采用多级压缩可以提高容积系数，降低 排气温度，减小消耗的轴功率。排气温度，减小消耗的轴功率。 多级压缩的级数多为多级压缩的级数多为2至至6级，每级压级，每级压 缩比约为缩比约为3至至5。 5、往复压缩机的类型与选用、往复压

11、缩机的类型与选用 往复压缩机的类型往复压缩机的类型 按在活塞的一侧或两侧吸、排气体分为：单动、双动往复式压按在活塞的一侧或两侧吸、排气体分为：单动、双动往复式压 缩机。缩机。 按气体受压的次数分为：单级、双级和多级往复压缩机。按气体受压的次数分为：单级、双级和多级往复压缩机。 按所压缩气体的种类分为：空气压缩机、氨气压缩机、氢气压按所压缩气体的种类分为：空气压缩机、氨气压缩机、氢气压 缩机和石油气压缩机等。缩机和石油气压缩机等。 按压缩机所产生的终压大小分为：低压（按压缩机所产生的终压大小分为：低压（98.1 104Pa以下）、以下）、 中压（中压（ 98.1 104 98.1 105 Pa）

12、和高压（）和高压（ 98.1 105 98.1 106 Pa）压）压 缩机。缩机。 按排气量大小分为：小型（按排气量大小分为：小型（10 m3/min）、中型（）、中型（1030 m3/min） 和大型（和大型（30 m3/min以上）。以上）。 按汽缸放置的空间位置分为：立式、卧式、角式压缩机，角式按汽缸放置的空间位置分为：立式、卧式、角式压缩机，角式 压缩机又可根据几个汽缸之间的相互配置分为压缩机又可根据几个汽缸之间的相互配置分为L形、形、V形和形和W形。形。 往复压缩机的选用往复压缩机的选用 首先根据所首先根据所压缩气体的性质压缩气体的性质， 确定使用压缩机的种类，是空压机确定使用压缩机

13、的种类，是空压机 还是石油气压缩机；其次是根据还是石油气压缩机；其次是根据生生 产任务产任务及厂房的具体条件确定压缩及厂房的具体条件确定压缩 机的结构型式，是立式还是角式；机的结构型式，是立式还是角式； 最后根据生产所需的最后根据生产所需的排气量和排气排气量和排气 压强压强，在压缩机样本或产品目录中，在压缩机样本或产品目录中 选择合适的型号。选择合适的型号。 6、往复压缩机的排气量调节、往复压缩机的排气量调节 补充余隙调节法。补充余隙调节法。 顶开吸入阀调节法。顶开吸入阀调节法。 旁路回流调节法。旁路回流调节法。 降低吸入压强调节法。降低吸入压强调节法。 改变转速调节法。改变转速调节法。 1

14、1、离心压缩机的工作原理、主要构造和型号、离心压缩机的工作原理、主要构造和型号 离心压缩机又称透平压缩机，其结构、工作原理离心压缩机又称透平压缩机，其结构、工作原理 与与离心鼓风机离心鼓风机相似，只是叶轮的级数更多。通常相似，只是叶轮的级数更多。通常 1010级以上。叶轮级以上。叶轮转速高转速高，一般在，一般在5000rpm5000rpm以上。因以上。因 此可以产生很高的出口压强。由于气体的体积变此可以产生很高的出口压强。由于气体的体积变 化较大，温度升高也较显著，故离心压缩机常分化较大，温度升高也较显著，故离心压缩机常分 成几段，每段包括若干级，叶轮直径逐段缩小，成几段，每段包括若干级，叶轮

15、直径逐段缩小， 叶轮宽度也逐级有所缩小。段与段间设有中间冷叶轮宽度也逐级有所缩小。段与段间设有中间冷 却器将气体却器将气体冷却冷却，避免气体终温过高。，避免气体终温过高。 离心式压缩机离心式压缩机 离心式压缩机外观离心式压缩机外观 离心压缩机的主要优点：离心压缩机的主要优点：体积小，重量轻，运转平稳，排气量体积小，重量轻，运转平稳，排气量 大而均匀，占地面积小大而均匀，占地面积小，操作可靠，调节性能好，备件需要量少，操作可靠，调节性能好，备件需要量少， 维修方便，压缩绝对无油，非常适宜处理那些不宜与油接触的气体。维修方便，压缩绝对无油，非常适宜处理那些不宜与油接触的气体。 主要缺点：当实际流量

16、偏离设计点时效率下降，制造精度要求主要缺点：当实际流量偏离设计点时效率下降，制造精度要求 高，不易加工。高，不易加工。 近年来在化工生产中，除了要求终压特别高的情况外，离心压近年来在化工生产中，除了要求终压特别高的情况外，离心压 缩机的应用已日趋广泛。缩机的应用已日趋广泛。 离心式压缩机离心式压缩机 国产离心压缩机的型号代号的编制方法国产离心压缩机的型号代号的编制方法 有许多种。有一种与离心鼓风机型号的编制有许多种。有一种与离心鼓风机型号的编制 方法相似，例如方法相似，例如LTl85LTl8513131 1，为石油裂解，为石油裂解 气离心压缩机。流量为气离心压缩机。流量为185m185m3 3

17、minmin，有，有1313级级 叶轮，第叶轮，第1 1次设计的产品。离心压缩机作为次设计的产品。离心压缩机作为 冷冻机使用时，型号代号表示出其冷冻能力。冷冻机使用时，型号代号表示出其冷冻能力。 还有其他的型号代号编制法，可参看其使用还有其他的型号代号编制法，可参看其使用 说明书。说明书。 离心式压缩机离心式压缩机 2 2、离心压缩机的性能曲线与调节、离心压缩机的性能曲线与调节 离心压缩机的性能曲线与离心泵离心压缩机的性能曲线与离心泵 的特性曲线相似，是由实验测得。图的特性曲线相似，是由实验测得。图 为典型的离心压缩机性能曲线，它与为典型的离心压缩机性能曲线，它与 离心泵的特性曲线很相像，但其

18、离心泵的特性曲线很相像，但其最小最小 流量流量Q Q不等于零，而等于某一定值。不等于零，而等于某一定值。离离 心压缩机也有一个设计点，实际流量心压缩机也有一个设计点，实际流量 等于设计流量时，效率等于设计流量时，效率最高；流量最高；流量 与设计流量偏离越大，则效率越低；与设计流量偏离越大，则效率越低； 一般流量越大，压缩比一般流量越大，压缩比越小，即进越小，即进 气压强一定时流量越大出口压强越小。气压强一定时流量越大出口压强越小。 离心式压缩机离心式压缩机 当实际流量小于性能曲线所表明的最小流量时，当实际流量小于性能曲线所表明的最小流量时， 离心压缩机就会出现一种不稳定工作状态，称为离心压缩机

19、就会出现一种不稳定工作状态，称为 喘振。喘振现象开始时，由于压缩机的出口压强喘振。喘振现象开始时，由于压缩机的出口压强 突然下降，不能送气，出口管内压强较高的气体突然下降，不能送气，出口管内压强较高的气体 就会倒流入压缩机。发生气体倒流后，使压缩机就会倒流入压缩机。发生气体倒流后，使压缩机 内的气量增大，至气量超过最小流量时，压缩机内的气量增大，至气量超过最小流量时，压缩机 又按性能曲线所示的规律正常工作，重新把倒流又按性能曲线所示的规律正常工作，重新把倒流 进来的气体压送出去。进来的气体压送出去。 离心式压缩机离心式压缩机 压缩机恢复送气后，机内气量减少，至气量小于最压缩机恢复送气后，机内气

20、量减少，至气量小于最 小流量时，压强又突然下降，压缩机出口处压强较高的小流量时，压强又突然下降，压缩机出口处压强较高的 气体又重新倒流入压缩机内，重复出现上述的现象。这气体又重新倒流入压缩机内，重复出现上述的现象。这 样，周而复始地进行气体的倒流与排出。在这个过程中，样，周而复始地进行气体的倒流与排出。在这个过程中， 压缩机和排气管系统产生一种低频率高振幅的压强脉动，压缩机和排气管系统产生一种低频率高振幅的压强脉动， 使叶轮的应力增加，噪声加重，整个机器强烈振动，无使叶轮的应力增加，噪声加重，整个机器强烈振动，无 法工作。由于离心压缩机有可能发生喘振现象，它的流法工作。由于离心压缩机有可能发生

21、喘振现象，它的流 量操作范围受到相当严格的限制，不能小于稳定工作范量操作范围受到相当严格的限制，不能小于稳定工作范 围的最小流量。一般最小流量为设计流量的围的最小流量。一般最小流量为设计流量的70708585。 压缩机的最小流量随叶轮的转速的减小而降低，也随气压缩机的最小流量随叶轮的转速的减小而降低，也随气 体进口压强的降低而降低。体进口压强的降低而降低。 离心式压缩机离心式压缩机 离心压缩机的调节方法有：离心压缩机的调节方法有： 调整出口阀的开度。方法很简便，但使压缩比增大，消耗较调整出口阀的开度。方法很简便，但使压缩比增大，消耗较 多的额外功率，不经济。多的额外功率，不经济。 调整入口阀的

22、开度。方法很简便，实质上是保持压缩比降低调整入口阀的开度。方法很简便，实质上是保持压缩比降低 出口压强，消耗额外功率较上述方法少，使最小流量降低，稳定工出口压强，消耗额外功率较上述方法少，使最小流量降低，稳定工 作范围增大。这是常用的调节方法。作范围增大。这是常用的调节方法。 改变叶轮的转速。最经济的方法。有调速装置或用蒸汽机为改变叶轮的转速。最经济的方法。有调速装置或用蒸汽机为 动力时应用方便。动力时应用方便。 离心式压缩机离心式压缩机 3 3、离心式压缩机的操作、离心式压缩机的操作 （1 1）开车前的准备工作）开车前的准备工作 检查电器开关、声光信号、联锁装置、轴位计、防检查电器开关、声光

23、信号、联锁装置、轴位计、防 喘装置、安全阀以及报警装置等是否灵敏、准确、可靠。喘装置、安全阀以及报警装置等是否灵敏、准确、可靠。 检查油箱内有无积水和杂质，油位不低于油箱高度检查油箱内有无积水和杂质，油位不低于油箱高度 的的2 23 3；油泵和过滤器是否正常；油路系统阀门开关是否；油泵和过滤器是否正常；油路系统阀门开关是否 灵活好用。灵活好用。 检查冷却水系统是否畅通，有无渗漏现象。检查冷却水系统是否畅通，有无渗漏现象。 检查进气系统有无堵塞现象和积水存液，排气系统检查进气系统有无堵塞现象和积水存液，排气系统 阀门、安全阀止回阀是否动作灵敏可靠。阀门、安全阀止回阀是否动作灵敏可靠。 离心式压缩机离心式压缩机 （2 2）运行）运行 启动主机前，先开油泵使各润滑部位充分有油，检查油压、启动主机前，先开油泵使各润滑部位充分有油，检查油压、 油量是否正常；检查轴位计是否处于零位和进出阀门是否打开