北京化工大学：《过程流体机械》课程电子教案（课件讲稿）容积式压缩机 reciprocal compressor（1/2）

考文献 部永章，活喜式压机().北京：机械工业出版社，19%2 容积式压缩机 蒙培正.流体机城()，北京：化工出版社，191 水章，容积式压缩机放术手册()北京机煤工业出 版社200 蒸本结构组感（) 一热力学原理(10h) 基本内客 动力特性(4) 一气量调节等() 第1节结构形式 第二常然力学原理 本内容) ·分烫和型式) 。节 ·系列偏子○ 第①：结构形式 主要组成都分 气红 工作整部分 气缸盖

1 参考文献: 郁永章．活塞式压缩机（M）．北京：机械工业出版社，1982 姜培正．流体机械（M） ．北京：化工出 版 社，1991 郁永章．容积式压缩机技术手册（M） ．北京：机械工业出 版社；2000 基本内容 基本结构组成（1h） 热力学原理（10h） 动力特性（4h） 气量调节等（1h） P6~7 第 节结构形式 1 工作腔部分 传动部分 机身部分 排气压力 排气量 压缩级数 基本内容 主要组成部分 分类和型式 第二章 热力学原理 机身部分 润滑部分 气量调节 冷却系统 压缩级数 工作腔 气缸中心线 列数 系列编号 P6~7 主要组成部分 第 节 结构形式 1 工作腔部分 气缸 活塞 缸体 缸盖 缸座 活塞体 活塞杆 活塞环 气阀 填料 阀片 阀座 升程限制器 弹簧

活塞组件 领紧媒母活嘉杆括塞/支撑环活嘉环 气缸■ 活塞1 活塞杆 活塞 填料密封 www.yuan-ou.com 2

2 活塞组件 锁紧螺母 活塞杆 活塞 支撑环 活塞环 活塞1 活塞杆 填料密封 排气阀 阀螺杆 阀片 弹簧 定位销 升程限制器 阀座 螺母 垫片 缓冲片 开口销

主要组成部分 传动部发 莲杆○ 蘑菇气阀组件 十字头 曲轴 曲轴 连杆 曲柄销 轴身 小铜套 连杆大 eD 曲柄 连杆小头 连杆螺格 主轴轻 连杆体 大头瓦 油槽 3

3 传动部分 十字头 连杆 曲轴 P6~7 主要组成部分 第 节 结构形式 1 平衡铁 轴承 飞轮 小铜套 大头瓦 连杆螺栓 连杆体 大头盖 十字头 曲 轴 曲轴 曲柄 曲柄销 轴身 主轴径 连杆 小铜套 连杆小头 连杆体 连杆大头 连杆螺栓 大头瓦 油槽

铜套、小头瓦 轴瓦、大头瓦 第①节结构形式 主要组成部分 机身 。机势部分 十字头潘道 中体 齿轮泵 情部分 (注油 气量调节 。冷却系统 第①地形分类和型式 s14 ①*分类和型式 。按拌气压力 。按排气量□ 。技工作腔类型 风机3MPa 徽型：《1mmi 单作用双作用 级差式 年压：03-1.0MP C小遵：1-I0mmn 中压：1.010.0MPa 中型：100mm 离压10-100MPa 大型：)10m/am 短离压>10MP 宇导 按级数 单级两级D多级

4 机身部分 机身 中间体 P6~7 主要组成部分 第 节 结构形式 1 十字头滑道 齿轮泵 润滑部分 气量调节 注油器 冷却系统 第 节 结构形式 1 P51~54 分类和型式 按排气压力 鼓风机:100MPa 中型： 0 00 / 大型：〉100 m3/min 按级数 单级 两级 多级 单作用 双作用 级差式 第 节 结构形式 1 P51~54 分类和型式 按工作腔类型

①分类和型式网2 拔气血中心 (4) V(L)型(2) X型(4) 1单列 T型(3) V型空气压缩机 L型空气压缩机 W型空气压缩机 型空气压缩机 5

5 型 第 节 结构形式 1 P51~54 分类和型式 按气缸中心线 Z型 P型 W型 V（L）型（2） T型（3） S型（4） X型（4） 按列数 单列 两列 多列 V型空气压缩机 L型空气压缩机 W型空气压缩机 扇 型 空 气 压 缩 机

▣①书带式系列编号 ●例1.4M1870/320 +3.4L208 一般活喜压缩机 M一M型 XXXX 排气压力（表） 20 别数设计号 机型式 进气压力（常压不往） 例22-67☐ L气量(mmin刀 VV型：Y-移动型 min 第节形 一小结 第②节热力学原理与热力循环 主要组成部分 分类和型式 本内心 第2热力果理与力 (2 P7-10 计计算 S行程 6

6 X X X X X X X 第 节 结构形式 1 系列编号 活 排气压力（表） 塞 机 器 列 数 一般活塞压缩机 进气压力（常压不注） 排气量（ m3/min ） 机器特征：Y—移动式； W—无油润滑； F—风冷 塞 力 T 器 型 式 数 或 设 计 序 号 4—4列； M—M型； 18—活塞力为18吨； 70—排气量为70m3/min； 320—排气压力为 320X105Pa（表压） — 4第四次设计 — 型 20 —排气量为 — 8排气压力为 20 L L 例1. 4M18—70/320 例3. 4L—20/8 2—2列； V—V型； Y—移动型； 6—排气量为6m3/min； 7—排气压力为7X105Pa（表压） （表压 ） m3 8X10 /min 5 Pa 例2. 2VY—6/7 P 小结 主要组成部分 分类和型式 第 节 结构形式 1 工作腔部分 传动部分 机身部分 润滑部分 气缸 活塞 气阀 填料 十字头 连杆 曲轴 排气压力 排气量 压缩级数 工作腔 单级 两级 多级 单作用 双作用 机身部分 润滑部分 级差 气量调节 冷却系统 气缸中心线 列数 单列 两列 多列 思考题 1. 往复活塞压缩机由哪几部分组成？它们的功用如何？ 2. 往复活塞压缩机工作腔由那些组件组成？各有什么作用？ 3.往复活塞压缩机传动部分由那些组件组成？各有什么作用？ 4. 活塞压缩机按压缩级数、工作腔类型、列数如何分类？ 5.指出课本图2.1L型空气压缩机属几级、几列？是否单作用？ 第 节热力学原理与热力循环 2 基本内容 循环过程 循环特征 理论压缩循环 实际压缩循环 循环过程 循环特征 P P P 进气量 热力过程 指示功 P-v图 进气量 热力过程 指示功 P-v图 定温 定熵 多方 第二节 热力学原理与热力 循环 第 节热力学原理与热力循环 2 基本内容 原因 级数、压力比 多级压缩 热力性能 热力设计计算 热力复算计算 步骤 举例 P7~16 P27~30 P59~68 排气压力 排气量 排气温度 功率 效率 热力性能 热力复算计算 步骤 举例 第 节热力学原理与热力循环 2 P7~10 级的理论压缩循环 循环特征 1 气缸无余隙容积 进、排气无阻力损失 气缸无泄漏 P2 S行程 循环过程 进气 压缩 排气 气体在循环中是绝热 过程指数恒定 Ap P1 4 1 3 2 V1 V2 V P

② Pm-10 第②力原与热力 P7-10 I》级的理论压循环 (I)级的理论压墙循环 。环进图=A。s=V 。好油际功 R.G T/I=(p,/p) V:/V=(2/Xplp: 西过器w-了pn tV: 定压定压绵-：多方压>,or,a y,V分指压第过程初、终态气缸内气体体积 W=p-心pd-p= ·上一k(温度绝热湘数) 第②声热力与热力 P7-10 ①的薄论压循坏 (级的论压环 。P图 ”=a水k合-司 =会 R.G 第②力毕论压环小 P7-10 第②有熟力华原书力道环 PIO-B 、内容 思考愿 ② 的夹际压环 m 他满多方、等置乐第过程的黄如 余原X-vy 州计功分 ,(法、神气有阻力源失 7

7 第 节热力学原理与热力循环 2 P7~10 级的理论压缩循环 循环进气量 热力过程 1 p Vh V1  A s  1 1 2     n V p I.G   T T k k T T p p 1   R.G 1 2 1 1 1 2 1 2 1 2 2 1                            n n n V V p p T T V p V      T T k k V V z z p p T T p p 1 2 1 2 1 1 2 2 1 2 1   定温压缩 n=1；定熵压缩n=k；多方压缩n>k， or ,1< n<k V1、V2分指压缩过程初、终态气缸内气体体积 kT≈ k（温度绝热指数） 第 节热力学原理与热力循环 2 P7~10 级的理论压缩循环 循环指示功 1 P2 S行程 压缩机对气 体作功为正! 进气过程：W1= - Ap×p1 × s 面积5614 =-V1 × p1 排气过程 W A × × P1 Ap 4 1 3 2 V1 V2 V P 7 6 5 排气过程：W2=Ap×p2 × s2 面积7235 =V2 × p2 压缩过程：Ws= 面积6127   2 1 pdV       2 1 2 1 2 2 1 1 V V V V Wi p V pdV p V Vdp 第 节热力学原理与热力循环 2 P7~10 级的理论压缩循环 循环指示功 1 1 2 1 1 2 1 1 [( ) 1] [( ) 1] 1 n p W p V p p k k W pV n n k k ad       I.G 1 2 1 1 1 1 1 [( ) 1] 1 p p W p V In n p W p V is n pol     1 1 2 1 1 2 1 1 2 [( ) 1] 1 z z z p p k k W pV T T k k T T ad     R.G  2//2/ 2 2/// p 2 2 T / 3 p2 p2 第 节热力学原理与热力循环 2 P7~10 P-v图 1 级的理论压缩循环 1 V 1 2// 2/// S -Q Q 4 p1 p2 p1 第 节热力学原理与热力循环 2 P7~10 理论压缩循环小结 循环过程 循环特征 进气量 定温 1. 压缩机的理论压缩循环由哪几个过 程组成？哪个过程是热力过程？示功图 3 压缩机绝热 多方 等温循环中的压 2. 绝热、多方、等温压缩过程的终温如 何计算？ 内容 思考题 热力过程 指示功 P-v图 定 定熵 多方 3. 压缩机绝热、多方、等温循环中的压 缩功如何计算？ 4.压缩循环功量和压缩过程功量分别如 何计算？有何区别？ 已知单级空压机的进气压力p1=1×105Pa，进气温度20℃，排 气压力p2=7×105Pa（表）.求吸入每1m3空气的理论循环耗功及排 气温度。按等温、绝热、多方（ m=1.25）过程分别计算，并比较 其结果。 习题 第 节热力学原理与热力循环 2 P10~13 循环特征 2 级的实际压缩循环 V01 V02 V V03 余隙 Vo =Vo1 + Vo2 + Vo3 + Vo4 气缸有余隙容积 V04 5 10 15 20 p，×105Pa a b c d a 0° 180° 360° 进、排气有阻力损失

2》级的实际压频环 对指示图的响 第（☑为格力华原理与格力酒年 P113 P10-132 (②领的实际压缩循环 ②领的实际压环 (气体在酒中老地热系 v-y".△y 第②芦热力学原要与热力能好 P113 PI0-B3 2 的际压第循 相对喜和 方式 压比 R.G久=1-d46- =-

8 气 缸 余 隙 容 积 第 节热力学原理与热力循环 2 P10~13 级的实际压缩循环 循环特征 2 气体 漏出 气体 气缸 漏入 气缸 p 气缸存在泄漏 泄漏对指示图的影响 V 50 100 150 200 53 185 147 43 53 t，℃ 0° 180° 360° 两级空气压缩机第二 级气缸内的工作过程 （n=163.2r/min，D2=120mm， s=220mm进口tw=8.8 ℃） 气体在循环中是非绝热系 第 节热力学原理与热力循环 2 P10~13 级的实际压缩循环 循环特征 2 放 热 压 缩 放 热 膨 胀 100 吸 150 200 373 423 573 T，K t，℃ b c 吸气过程：Ta↑ 排气过程 Td↓ 气体在循环中是非绝热系 吸 热 压 缩 吸热膨胀 50 100 323 d a s T—s图 排气过程：Td↓ 吸热压缩n>k； 绝热压缩n=k； 放热压缩nk； 绝热膨胀n=k； 吸热膨胀n<k 循环过程 进气 压缩 排气 膨胀 第 节热力学原理与热力循环 2 P10~13 2 级的实际压缩循环 循环进气量 定义 进入缸内气体折算到 p1、t1时的气体体积 p 3 2 c b p2 影响因素 余隙膨胀损失△V1 压力膨胀损失△V2 温度膨胀损失△V3 Vs’=Vh- △V1 Vs’’= Vs’- △V2 Vs= Vs’’- △V3 V p1 4 1 Vo △V1 △V2 Vs’ Vs’’ Vh Vs △V3 a d λT h V V V V V V V V λ h s s s s s s s         温度系数λT 压力系数λp 容 积 系 数 λv 进气系数λs 第 节热力学原理与热力循环 2 P10~13 2 级的实际压缩循环 循环进气量 容积系数λ s h T p v V  V λ λ λ 容积系数λv 相对余隙容积 名义压力比 容积系数λv确定（p12） m o o p p V V V 1 1 1 2 ( )  [( ) 1] 1 1 2  1   m o p p V V 1 [ 1] 1    m v  a  1 [ 1] 1 3 4    m v z z R.G  a  I.G 相对余隙容积 α=V0/Vh 名义压力比 ε= p2/p1 Z3、Z4指膨胀始点3、终点4的压缩因子 第 节热力学原理与热力循环 2 P10~13 2 级的实际压缩循环 容积系数λv影响因素 相对余隙容积α 低压级：a=0.07—0.12 中压级：a=0.09—0.14 高压级：a=0.11—0.16 气缸结构 气阀配置方式 气阀结构 压力比ε 膨胀指数m 进气压力105Pa 任意k值 k=1.4 1.5 m=1+0.5（k-1） 1.2 1.5~4.0 m=1+0.62（k-1） 1.25 4.0~10 m=1+0.75（k-1） 1.30 10~30 m=1+0.88（k-1） 1.35 大于30 k 1.40 特殊机器场合

P10-13 第2)热力学原与卷力道 P0-3 (②级的实际压增循环 (②额的实际压审清环 压力系数 ,=1-2 书程50 响出 皮环兼， 进气压力损失 第（②竹热力条原里与热力乐 P0-3 第(2销力学原夏与热力插怀 P0-3 (②领的实际压绪福环 (②领的实际压绅清环 物环指示功 示对定 由图，指示功 p=,f/sW4=pA,s(J） :设计指示功 ,图形化习 ,2p1人s(J》 1平均指示压力，a人一括积，2，行程，。 第（②为热力学里与热力插年 第②市熟力单原墨与热力道环 PIO-B ⑦象的夹际压第精环 G =-j --W,- :g=a=a5p/p,=l+a-月 的家值餐压膜2：中、高压豪比☐ ,-y,=+ag-aplp风 9

9 第 节热力学原理与热力循环 2 P10~13 2 级的实际压缩循环 影响因素 低压级： λp =0.95~1.0 中高压级： λ =1.0 压力系数λp 1 2 1 p p V V a s p       取值 进气阀关闭状态的弹簧力 进气管道中压力脉动 中高压级： p 1.0 温度系数λT 影响因素 通道、气缸、活塞 (转速.压比.气缸冷却.气体性质) 取值 λT=0.90~0.98 进气压力损失 第 节热力学原理与热力循环 2 P10~13 2 级的实际压缩循环 温度系数 与压力比 的关系 已知双作用气缸，活塞直径D=146mm，行程s=150mm（不 计活塞杆直径d）。p1=1×105Pa， p2=5×105Pa（表）， 相对 余隙a=5%，膨胀过程指数m=1.3，求吸气系数λs和进气量Vs。 习题 第 节热力学原理与热力循环 2 P10~13 2 级的实际压缩循环 循环指示功 指示功测定 由p—θ图，求指示功 3 Wi=2 pi Ap s（J） pi —平均指示压力，Pa；Ap —活塞面积，m2 ；s—行程，m 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 0 1 2 -1 第 节热力学原理与热力循环 2 P10~13 2 级的实际压缩循环 指示功测定 由p—s图，求指示功 p V fi pi si pi = m fi / si→Wi= pi A s（J） 设计指示功 pi mp fi / si Wi pi Ap s（J） 图形简化 简化 原则 简化 方法 图 形面积未变 止点位置不变 平均进、排气压力代替波动压力 m=n=const 第 节热力学原理与热力循环 2 P10~13 2 级的实际压缩循环 求取指示功 p V pd ps 2’ 1’ 3’ 4’ V0 Vh [( ) 1)] 1 [( ) 1)] 1 1 4 1 1 3 4 2 1                     p p m m p V p p n n p V W Vdp Vdp m m d s n n d s i [( ) 1)]( ) 1 1 1 1 4 1         V V p p n n p n p m p n n s d s s s n V Vh pd ps / ( ) 1 4   又： V3   Vh   V Vh     (1 ) 1  h v n V  V    Vh Vh pd ps V  / ( ) ( ) 1 1 4 所以： 1 ( ) ( ) ( ) 0 1 2 1 1 2 2 1 2 1 1 2 2 1 1 1 1 1                       s d s d p p p p p p p p p p p p p p 又： 第 节热力学原理与热力循环 2 P10~13 2 级的实际压缩循环 求取指示功 1 2 1 (1 ) {[ (1 )] 1} n z z W V n      R.G {[ (1 )] 1} 1 (1 ) 1 1  0       n n i s h v n n W  pV    I.G 1 1 2 1 0 2 {[ (1 )] 1} 1 (1 ) n z n W pV n i s h v          系数选取 n的取值:低压级 n=(0.95—0.99)k；中、高压级 n=k 相对压 力损失 0 25 0 0 3 0 7 545 2 654 . .    . / p 或   . / p . ; . ;( p : Pa) s 0 d 0   0 3    0 7 

第②布力学与热力 (②.吸的实际压增循环 实际压墙循环小结 用考题 ·停授给于笑精足 内容D 理论环指示图有钩区？多 对压力失医 好压工作有工指和 第②中热力学原电与力 PI-15 第【②市热力学原夏与热力面际 P-15 ③多压缩 (③老级压嘴 的 环指示动列 单生压力比等温指示效率 量的实标环指示功W -n5片+庐- 即：=⊙ 第（②芦热力手原要与热力能好 PI315 第②布结力学原要与总力酒乐 PI-15 (③多级压缩 ③多级压D 压力比的分E 压功比的分配 10

10 第 节热力学原理与热力循环 2 P10~13 2 级的实际压缩循环 系数选取 注：δ0是根据空气以及重度接近于空气的气体在活塞 平均线速度3.5m/s的机器绘出的，条件变化时应作修正. 3 2 2 3 5 ( ) ; ( )            mc 3.5  相 对 压 力 损 失 图 第 节热力学原理与热力循环 2 P10~13 实际压缩循环小结 循环过程 循环特征 内容 1. 实际压缩循环哪几个过程组成？哪个过程是热力 过程？绘出p-v示功图 2.实际循环指示图与理论循环指示图有何区别？怎 样形成这些差异的？ 思考题 进气量 热力过程 指示功 P-v图 3.影响实际循环进气量的因素有哪三方面？各用什 么系数反映及计算？其中哪个系数的影响最大？ 样形成这些差异的？ 4.为什么膨胀过程指数m比压缩过程指数n小？影响 容积系数λv的因素有哪些？如何提高λv？ 5.气缸冷却的好坏对压缩机工作有何影响？指数n和 m有何变化？ 第 节热力学原理与热力循环 2 P13~15 3 多级压缩 多级压缩原因 n=k 2 2T b p b 2 3’ 3 p b 2 3 3’ 4’ 4 p 省功 降温 增量 n=1 a 1 V a 1 2 2’ V a 1 2 2’ V 减力 级数的选择 选择原则：省功 单级最佳压力比 第 节热力学原理与热力循环 2 P13~15 3 多级压缩 单级最佳压力比 {[ (1 )] 1} 1 (1 ) 1 1 0 1 2 1     n n s v h s is n n p V p p pV In      等温指示效率ηi-is= 级的理论等温循环指示功Wis 级的实际循环指示功Wi {[ (1 )] 1} 1 1  0   n n n n In    ≈ λT≈1 n 1 n 1 0 {[ (1 ) 1} 1 (1 ) 1 {[ (1 )] 1} 1 2 1 0 1 1 0 1 0                   n n n n n n n i is n n In n n           n n n n In n n 1 0 1 (1 ) 1 ) 1 (1          ( ) 0 0 即：    、n 第 节热力学原理与热力循环 2 P13~15 3 多级压缩 级数的选取 大中型压缩机z=Inε/ Inε0 小型移动压缩机取小z 压力比的分配 特殊气体Z取决于排气温度 [( ) ( ) ( ) ] ( ) z p p p p p p k k w p k k x z k z k x k x k x i           1 1 1 1 2 1 1 1 1 1  a b 1 2 2’ 3 3’ 4’ 4 p V 第 节热力学原理与热力循环 2 P13~15 3 多级压缩 压力比的分配 ] 0 1 1 [ 2 1 1 1 2 1 1 1 1 1             k k x k k x k x k k i p p k p p k k p w 1 2 2 px1  p px a b 1 2 2’ 3 3’ 4’ 4 p V [ ] 1 1 1 1 2 1  1  x x x x p p k p p k k p p px1 p1 px2 1 3 2 2 2 0 x x x x i p p p p w      2 4 2 3 3 0 x x x x i p p p p w      z z z x z z x x x x x p p p p p p p p p p        2 1 1 3 1 2 1 1 ( ) 