往复式压缩机流体过程机械

往复式压缩机流体过程机械第1页/共126页2.1概述2.1.1总体结构

2.1.2工作过程

2.1.3特点及应用

2.1.4分类及形式

2.1.5命名规则第2页/共126页总体结构工作腔部分

气阀、汽缸、活塞传动部分

连杆、曲柄、十字头、

机身部分辅助设备第3页/共126页机身第4页/共126页气阀第5页/共126页连杆第6页/共126页曲轴第7页/共126页2.1.2工作过程1气缸盖2排气阀3近气阀4汽缸5活塞6活塞环7冷却8套连9杆10曲轴第8页/共126页2.1.3特点及应用工作的稳定性较好机器适应性强机器的热效率较高容积式机器结构气体吸气和排气时是间歇的，易引起气柱及管道的震动第9页/共126页

2.1.4往复压缩机的分类M型这里主要介绍按结构形式进行分类：卧式压缩机立式压缩机角度式压缩机其它分类方式一般卧式对置式对动式H型V型星型W型扇形L型第10页/共126页2.1.5命名规则列数（对H型不用表示）或重数（对L、V、W型而言），用数字表示，当为1时，可省略。特征代号含义来源W无油润滑W-WU（无）D低噪声罩式D-DI（低）F风冷F-FENG（风）Y移动式Y-YI（移）第11页/共126页2.1.5命名规则结构代号，用拼音字母表示。特征代号含义来源W无油润滑W-WU（无）D低噪声罩式D-DI（低）F风冷F-FENG（风）Y移动式Y-YI（移）第12页/共126页2.1.5命名规则功率（仅微型压缩机，其值为配套电机的额定功率值）特征代号含义来源W无油润滑W-WU（无）D低噪声罩式D-DI（低）F风冷F-FENG（风）Y移动式Y-YI（移）第13页/共126页2.1.5命名规则机器特征（用拼音字母表示）特征代号含义来源W无油润滑W-WU（无）D低噪声罩式D-DI（低）F风冷F-FENG（风）Y移动式Y-YI（移）第14页/共126页2.1.5命名规则列数（对H型不用表示）或重数（对L、V、W型而言），用数字表示，当为1时，可省略。特征代号含义来源W无油润滑W-WU（无）D低噪声罩式D-DI（低）F风冷F-FENG（风）Y移动式Y-YI（移）第15页/共126页2.1.5命名规则额定排气量，用数字表示特征代号含义来源W无油润滑W-WU（无）D低噪声罩式D-DI（低）F风冷F-FENG（风）Y移动式Y-YI（移）第16页/共126页2.1.5命名规则额定排气压力（表压），用数字表示。（对循环压缩机应示出额定进、排气压力，中间以“-”隔开）特征代号含义来源W无油润滑W-WU（无）D低噪声罩式D-DI（低）F风冷F-FENG（风）Y移动式Y-YI（移）第17页/共126页命名举例命名举例1—V2.2D-0.25/7命名举例2—2VY-6/7空气压缩机命名举例3—L3.5-20/8型压缩机命名举例4—杂类第18页/共126页命名举例V2.2D-0.25/72列

V型

原配电动机额定功率2.2KW

低噪声罩式

额定排气量0.25M3/MIN

额定排气压力7*105PA第19页/共126页命名举例2VY-6/7空气压缩机4列

双重V型

移动式

额定排气压力

额定排气量第20页/共126页命名举例L3.5-20/8型压缩机L列

活塞力

额定排气量

额定排气压力第21页/共126页2.2级的热力过程2.2.1级的理论工作循环2.2.2级的实际工作循环第22页/共126页2.2.1级的理论工作循环1理论工作循环的特点2理论工作循环的过程3理论工作循环的压缩功第23页/共126页1理论循环的特点气体通过进排气阀时无压力损失，进排气压力没有波动保持恒定。工作腔内无余隙容积，港内的气体被全部排出工作腔作为一个孤立体与外界没有热交换气体压缩过程指数为定值气体无泄漏第24页/共126页2理论循环的过程第25页/共126页3理论循环的压缩功第26页/共126页2.2.2级的实际工作循环1实际循环的特点2实际循环的吸气量3各系数的物理意义4级的循环指示功第27页/共126页1实际循环的特点任何工作腔都存在余隙容积气体流经产进气、排气阀和管道时必有摩擦，由此生压力损失气体与各接触壁面间存在着温度差，导致不断有热量吸入和放出汽缸容积不可能绝对密封阀室容积不是无限大第28页/共126页2实际循环的吸气量由于实际循环和理论循环存在差异，这将影响压缩机各方面的性能，例如实际循环中，活塞每个行程所吸入的气体若折合成原始的压力P和温度T，则比行程容积V小，实际循环的吸气量：第29页/共126页3各系数的物理意义第30页/共126页4级的循环功指示实际循环指示功的近似计算是把进、排气过程的压力用平均压力来代替，压缩与膨胀过程指数用定值来代替，并且假设压缩过程指数与膨胀过程指数相等。第31页/共126页2.3多级压缩2.3.1多级压缩的定义2.3.2多级压缩的优点2.3.3级数的选择2.3.4压力比的分配2.3.5各级容积的确定第32页/共126页2.3.1多级压缩的定义第33页/共126页2.3.2多级压缩的优点降低排气温度节省压缩气体的指示功提高容积系数降低或塞力第34页/共126页大中型压缩机级数的选择，一般以最省功为原则。小型移动压缩机虽然也应注意节省功的消耗，但往往重量是主要矛盾。因此级数选择多取决于每级允许的排气温度。在排气温度允许范围内，尽量采取较少的级数，以利于减轻机器的重量。对于一些特殊气体，其化学性质要求排气温度不超过某一温度，因此级数的选择也取决于每级允许达到的排气温度，下表是往复式压缩机级数与终了压力的一般关系。2.3.3级数的选择终压Mpa0.5—0.60.6—31.4—153.6—4015—10020—10080—150级数z1234567第35页/共126页2.3.4压力比的分配多级压缩过程中，常取各级压力比相同，这样各级消耗的功相等，而压缩机的总功耗也较小，即各级压力比：其中，Z——压缩机级数

对于实际气体，考虑到气体可压缩性的影响，压力比的分配可根据功项的原则做适当升降。第36页/共126页2.3.5各级容积的确定压缩机第一级工作容积：按照前一级排出的气体要为下一级所吸进的原则，任意i级的工作容积：析水系数的计算公式：第37页/共126页压缩机第一级工作容积2.3.5各级容积的确定析水系数的计算公式第38页/共126页2.4主要热力性能指标及结构参数2.4.1吸排气压力2.4.2容积流量2.4.3供气量2.4.4排气温度2.4.5功与功率2.4.6效率2.4.7活塞平均速度2.4.8转速2.4.9行程2.4.10汽缸直径第39页/共126页压缩机的吸气和排气压力分别指第一级吸入管道处和末级排出管道处的气体压力。2.4.1吸排气压力因为压缩机采用的是自动阀，气缸内压力取决于进排气系统的压力，所以吸排气压力是可以变更的。压缩机铭牌上的吸排气压力之额定值，实际上只要使吸气强度、排气温度、原动机功率及气阀工作许可。它们是可以在很大范围内变化的。第40页/共126页2.4.2容积流量压缩机的容积流量，通常是指单位时间内压缩机最后一级排出的气体，换算到第一级进口状态的压力和温度时的气体容积值，单位是立方米每小时或立方米每分钟。按照容积流量的定义，利用实际测得的末级容积流量值，可按下式测得容积流量第41页/共126页2.4.3供气量容积流量随压缩机的进口状态而改变，它不反映压缩机所排气体的物质数量。化工工艺中所使用的压缩机由于工艺计算的需要，须将容积流量折算到标准状态时的干气容积值，此值称为供气量或称标准容积流量供气量与容积流量的关系第42页/共126页2.4.4排气温度压缩机的排气温度是指压缩机末级排出气体的温度，它应在末级排出气出气管处测得。多级压缩机末级之前的各级排气温度称为该级的排气温度，在相应级的排气接管处测得。第43页/共126页2.4.5功与功率指示功：压缩机用于压缩气体所消耗的功。摩擦功：压缩机用于克服机械摩擦所消耗的功。轴功：指示功与摩擦功之和，即主轴所需要的总功。功率：单位时间所消耗的功。比功率：排气压力相同的机器，单位容积流量所消耗的功。第44页/共126页对于理想气体第45页/共126页对于实际气体第46页/共126页2.4.6效率第47页/共126页2.4.7活塞平均速度活塞平均速度是随曲柄转角变化的，而实际应用中常采用活塞平均速度，即每转活塞所走距离与时间之比，活塞平均速度对压缩机性能的影响。对压缩机摩擦副耐久性的影响

对气阀的影响第48页/共126页2.4.8转速转速的选择不能只着眼于压缩机的重量和尺寸，还必须考虑到机器的耐久性和经济性。转速可表示为：式中：S行程第49页/共126页2.4.9行程活塞行程当活塞力大于2*10000N时，行程长度应取成中国的行程系列值，并反过来修正活塞平均速度，有时甚至修正转速。第50页/共126页2.4.10汽缸直径单作用式气缸D：双作用式气缸，因为具有活塞杆，并设其直径为d:

第51页/共126页2.5动力性能分析2.5.1压缩机中的作用力2.5.2惯性力的平衡2.5.3飞轮矩的平衡第52页/共126页2.5.1压缩机中的作用力惯性力气体力摩擦力作用力分析各力对压缩机的作用加速度的求解惯性力质量的求解作用力的合成第53页/共126页质量的求解一类是质量集中在活塞销或十字头中心A点处，且只做往复运动；另一类是质量集中在曲柄销中心点O处的旋转运动。第54页/共126页加速度的求解活塞位移活塞速度活塞加速度第55页/共126页惯性力由于曲柄连杆机构的运动部件质量已转换到图示的A点和B点，可将惯性力分成往复惯性力和旋转惯性力往复惯性力：旋转惯性力:第56页/共126页气体力汽缸内气体压力随着活塞的运动或曲轴转角变化，其变化规律可由压力指示图获得。

作用在活塞上的气体力，为活塞两侧各相应气体压力与各活塞有效面积乘积之差值。若活塞的一侧为大气，或为平衡腔，则大气压力或平衡腔中气体压力所产生的作用力也要考虑。但由于他们不是变值，处理比较方便。第57页/共126页摩擦力接触面间产生的摩擦力，其值取决于彼此之间的正压力及摩擦系数。作用于运动件上的摩擦力其方向始终与运动方向相反摩擦力大小随曲轴转角而变化，且规律比较复杂。因为摩擦力相对于惯性力和气体力要小得多，所以在下面的作用力分析中，赞不予考虑。第58页/共126页作用力的合成连杆力侧向力第59页/共126页各力对压缩机的作用气体力只使气缸、中体和机身等有关部分，以及它们之间的连接螺栓等承受拉伸或压缩载荷，故称为内力。往复惯性力，由于它的方向和数值随曲轴转角周期的变化，因而能引起机器的震动。旋转惯性力，作用在主轴承上，它也能引起机器的震动。侧向力及侧覆力矩阻力矩第60页/共126页2.5.3飞轮矩的确定为了表征瞬时角速度的程度，引入旋转不均匀度的概念，定义如下:为了使机器的旋转不均匀度适当,除了合理配置多列压缩机各列的排列外，通常还利用增大机器转动惯量的方法予以解决。

飞轮矩表示飞轮的转动惯量。第61页/共126页2.6调节方式及控制气量的调节方式气量调节的几种方式调节系统转速调节管路调节压开进气阀调节连通补助容积气量调节的原理气量调节的要求第62页/共126页气量的调节要求容积流量随时和耗气量相等，即所谓连续调节，当不能连续调节时可采用分级调节，最简单的条件下压缩机只有排气和不排气两种情况，称为间断调节。调节工况经济性好，即调节时单位容积流量功耗小；

调节系统结构简单，安全可靠，并且操作维修方便。第63页/共126页气量调节原理理论基础是容积流量公式只要改变式中任何一个量，容积流量即可改变。但是，汽缸直径无法改变。

在曲柄连杆驱动的压缩机中，行程也不能改变。

所以，实际上只有系数和转速可以改变，并且除温度系因经济性差不采用，其他都用来进行气量调节的。第64页/共126页转速调节适用范围：内燃机，蒸汽机以及可变转速电动机驱动的压缩机，可比较方便的实现连续的气量调节。缺点：原动机本身性能的限制，且低于额定转速时，经济性降低。转速低时，由于压缩机进气速度降低，压缩机气阀工作可能会出现不正常。优点：气量连续。调节工况比功率消耗小，压缩机各级压力保持不变；压缩机上不需设专门的调节机构等。第65页/共126页管路调节进、排气管道连通：排气管经由旁通管路和旁通阀门与近气管相联接。调节时只要打开旁气阀，排出的气体便又回到进气管路中。进气调节：在管路方面增加适当阻力使压力系数减少，由此使气量减少。切断进气：这种调节利用阀门关闭进气管路，由此使容积流量为零。

第66页/共126页压开进气阀调节利用一个压开装置，把进气阀强制的压开，使进气阀全部的或部分的丧失正常工作能力，也即使压缩机吸进的气体，因进气阀不能正常自动关闭而在压缩和排气行程中仍回入进气管，借以达到调节气量的目的。第67页/共126页连通补助容积（a）固定补助容积调节结构

（b）可变补助容积调节结构1、高压接头2、高压腔

3、螺帽4、连接杆

5、小活塞6、阀心

7、螺母8、补助容积

9、微调手轮

10、调节手轮

11、丝杠

12、活塞第68页/共126页调节系统1、电极

2、第一级压缩

3、隔膜伺服器

4、调节器

5、氢气入口压力

6、安全阀

7、储气罐

8、排气管

9、过滤器

10、排气

11、压力控制器

12、第二级压缩第69页/共126页2.7主要零部件2.7.1气缸组件2.7.2活塞组件2.7.3气阀组件2.7.4密封组件2.7.5曲轴-连杆机构2.7.6辅助系统第70页/共126页2.7.1气缸组件4、气缸的工作表面、缸套1、对气缸的要求2、气缸的结构形式3、气阀在气缸中的布置第71页/共126页（1）对气缸的要求1、应具有足够的强度与刚度。

2、要求气缸内部工作面及尺寸应用必要的加工精度和表面粗糙度，有良好的耐腐蚀性。余隙容积尽可能小些。

3、应具有良好的冷却、润滑条件。

4、汽缸上的开空和通道，在尺寸和形状等方面要尽可能有利于减少气体阻力损失。

5、应有利于制造和便于检修，应符合系列化、通用化、标准化“三化”要求，便于互换。

6、应力结构简单，造价低。第72页/共126页（2）气缸的结构形式按气缸容积利用情况按气缸冷却方式的不同按气缸制造方法的不同锻制气缸铸造气缸水冷式风冷式级差式双作用单作用第73页/共126页（3）气阀在气缸中的布置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、气阀州县与气缸轴线成非正交混合配置方式。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。第74页/共126页（4）气缸的工作表面，缸套工作表面（镜面）：与活塞外圆相配合

的汽缸（或缸套）的内壁表面薄壁缸套：气缸的工作表面经过使用若干时间后，由于磨损的结果，常因间隙过大或表面粗糙等原因不能继续使用。此事。可将工作表面进一步加工或压入一个圆筒形的缸套。缸套分类：

干式缸套：不直接与冷却水接触的缸套。

湿式缸套：直接与冷却水接触的缸套。第75页/共126页2.7.2活塞组件活塞组件包括：活塞、活塞环、活塞杆等。它们在气缸中做往复运动，与气缸一起构成压缩容积。第76页/共126页（1）活塞第77页/共126页（2）活塞杆活塞杆的作用：

连接活塞和十字头，传递作用在活塞上的力并带动活塞运动。

对活塞杆的主要要求：

1、活塞杆要有足够的刚度、强度和稳定性

2、耐磨性好并有较高的加工精度和标表面粗糙度要求

3、在结构上尽量减少应力集中的影响

4、保证连接可靠，防止松动

5、活塞杆的设计要便于活塞的拆卸第78页/共126页（3）活塞环第79页/共126页（3）活塞环第80页/共126页2.7.3气阀组件气阀的作用是控制气缸中的气体进入和排出1、气阀的结构

2、对气阀的要求

3、气阀的种类

4、环状阀的构造及工作过程

5、气阀的材料

6、气阀的制造工艺要求第81页/共126页气阀的结构第82页/共126页对气阀的要求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、互换性好第83页/共126页气阀的种类第84页/共126页气阀的种类第85页/共126页气阀的种类第86页/共126页环状阀的构造及工作过程环状阀的构造

环状阀的工作过程

气阀运动曲线及分析第87页/共126页环状阀的构造1、阀座2、阀片

3、弹簧4、升程限制器第88页/共126页气阀运动曲线及分析第89页/共126页气阀的材料阀座和升程限制器均受冲击载荷，法做还承受阀两侧的气体压力差。要求材料耐冲击并有足够的强度，阀座和升程限制器的材料可根据气体的性质不同和承受压力差的不同而选择不同的材料。阀片的材料应具有强度高、韧性高、耐磨、耐腐蚀性能。

气阀弹簧一般采用碳素弹簧钢，合金弹簧钢和不锈钢等材料。第90页/共126页气阀的制造工艺要求用灰铸铁或合金铸铁制造的低压阀阀座，密封表面应有特别细密的金相组织。用优质碳素钢或合金碳素钢30CrMnSi制造的中压与高压阀座，密封表面要进行调质或表面硬化处理硬度达到HRC30~35。阀座密封面应进行研磨，表面粗糙度及Ra值不得高于0.4µm。第91页/共126页2.7.4密封组件1、填料密封整体结构

2、密封式的结构

3、填料密封材料第92页/共126页密封组件简介为了密封活塞杆穿出气缸处的间隙，通常用一组密封填料来实现密封。填料是压缩机中易损件之一。压缩机中极少采用软质填料，常用的调料有金属或金属与英之填充材料。对填料的要求是：密封性好、耐磨性好、使用寿命长，、结构简单、成本低、标准化、通用程度高。

活塞杆与气缸间隙采用填料密封，其密封原理是靠气体压力使填料紧抱活塞杆，阻止气体泄漏。

根据密封前后气体的压力差，常用的填料有适用于中低压的平面填料和适用于高雅的锥形填料。第93页/共126页填料密封整体结构1、密封盒

2、闭锁环

3、密封圈

4、镯形弹簧第94页/共126页填料密封整体结构1、密封盒

2、闭锁环

3、密封圈

4、镯形弹簧第95页/共126页填料密封整体结构1、密封盒

2、闭锁环

3、密封圈

4、镯形弹簧第96页/共126页填料密封整体结构1、密封盒

2、闭锁环

3、密封圈

4、镯形弹簧第97页/共126页密封室的结构第98页/共126页填料密封材料平面填料一般采用铸铁HT200，特殊情况用锡青铜ZQSn8-12，轴承合金ZCHSnSb11-6以及高铅青铜等。在无油润滑压缩机中，密封圈可选用填充聚四氟乙烯，由于这种材料导热性差，并有冷流性，因此应注意冷却散热和防止冷流影响。为保证密封性，密封圈的端面及圆面应有较高的表面粗糙度要求，端面应研磨，Ra值为0.2µm。密封圈的两端面应平行平面度在100mm长度不得大于0.02mm，内孔圆度不大于直径公差之半。第99页/共126页2.7.5曲轴-连杆机构1、作用及组成

2、曲轴

3、连杆

4、十字头第100页/共126页1、作用及组成压缩机的曲轴连杆机构不仅要将驱动机的回转运动转换为活塞的往复直线运动，而且是传动力的机构。曲轴连杆机构包括:曲轴、连杆、十字头等组件。

要求他们应具有足够的强度、刚度、耐磨性好、结构简单、轻便、便于制造、拆装和维修。第101页/共126页2、曲轴曲柄轴简称曲轴。其特点是：曲柄稍的两端均有曲柄。曲轴一般采用40或50优质碳素钢锻造或用稀土球墨铸铁锻造而成。

常用的表面处理方法是：表面淬火和氮化。压缩机中所使用的曲轴有两种：曲柄轴和曲拐轴。曲轴主要包括主轴颈曲柄和曲拐稍等部分。

曲柄轴的结构特点是仅在曲拐稍的一端有曲柄，曲拐稍的另一端为开放式，连杆的大头可从此端套入。因此，曲柄轴采用悬臂式支承。第102页/共126页3、连杆连杆是连接曲轴与十字头（或活塞）的部件。连杆包括连杆体、大头和小头三部分。连杆按其大头的结构型式，可分为开式连杆和闭式连杆。开式连杆的大头为剖分式，通过连杆螺拴将连杆体与大头盖连接把紧，使大头拐与曲柄稍配合。

闭式连杆的大头为整体结构，连杆大头瓦与曲柄稍的配合是靠调整斜块来实现的。

连杆材料一般采用35号、40号或45号优质碳素钢或球墨铸铁。高转速压缩机可采用40Cr,30CrMo等优质合金钢。第103页/共126页4、十字头十字头是连接连杆和活塞的部件，是将回转运动转换为往复直线运动的关节。

对十字头的基本要求是：有足够的刚度，硬度、耐磨性、质量轻、工作稳定。十字头由十字头体、滑板、十字头稍等组成。

按十字头体与滑板的连接方式，可分为整体式和可拆卸式两种。

十字头与连杆小头的连接方式可分为开式和闭式两种。

十字头与活塞杆的连接主要有螺纹连接、连接器连接以及法兰连接等。第104页/共126页2.7.6辅助系统辅助系统是保证压缩机正常可靠运转所必不可少的部分，并且与压缩机的综合技术经济指标有密切关系。活塞式压缩机的辅助系统有：

润滑系统

冷却系统

调节控制系统

气路系统第105页/共126页2.8压缩机的安全可靠性2.8.1往复压缩机的常见故障及解决办法2.8.2安全可靠性分析第106页/共126页2.8.1往复压缩机的常见故障及解决办法第107页/共126页2.8.2安全可靠性分析3、活塞杆的断裂原因1、安全可靠性分析的内容2、安全可靠性分析的分类第108页/共126页1、可靠性分析的内容可靠性是指压缩机能连续完成任务所规定的性能参数的能力。并用可靠度来表示。

连续完成规定任务并不等于中间不维修或更换零部件。压缩机进行预维修是正常的。广义的可靠性包括可维修性。一个机器的可靠性包括:

可靠性设计

可靠性制造

可靠性运行管理

可靠性维修第109页/共126页2、可靠性分析的分类压缩机的可靠性是由零部件的可靠性组成的。

压缩机零部件的可靠性可分以下4类：

结构设计可靠性

强度可靠性

刚性可靠性

耐磨可靠性第110页/共126页3、活塞杆的断裂原因压缩机中常发生带螺纹的活塞杆断裂并酿成事故。

活塞杆的断裂可能有以下原因：

材料或制造的缺陷

螺母的预紧力未达到设计要求

活塞杆严重倾斜第111页/共126页2.9回转压缩机2.9.1螺杆压缩机2.9.2单螺杆压缩机2.9.3滑片压缩机第112页/共126页在容积压缩机中，回转式压缩机结构和往复式压缩机相比较，有以下优点：

1、结构简单，易损件少，操作容易。

2、运动件的动力平衡性能好，机器转速高，机组尺寸小，重量轻。

3、机器近气排气间歇小，压力脉动小。

缺点是：许多回转压缩机运动件密封比较困难，因此回转压缩机很那难达到很高的终了压力。此外，由于泄漏的原因，其热效率一般低于往复式压缩机。第113页/