活塞式压缩机和螺杆压缩机

活塞式压缩机和螺杆压缩机第一节概述1、活塞式压缩机的特点活塞式压缩机属于容积式压缩机，适用于中小输气量，排气压力可从低压直至超高压，与其它类型压缩机相比，具有一系列特点：其优点是：(1)不论流量大小，都能得到所需要的压力，排气压力范围广，最高压力可达320MPa（工业应用），甚至700MPa，（实验室中）(2)单机能力为在500m3/min以下的任意流量(3)在一般的压力范围内，对材料的要求低，多采用普通的钢铁材料(4)热效率较高，一般大、中型机组绝热效率可达0.7~0.85左右(5)气量调节时，排气量几乎不受排气压力变动的影响(6)气体的重度和特性对压缩机的工作性能影响不大，同一台压缩机可以用于不同的气体(7)驱动机比较简单，大都采用电动机，一般不调速由于以上优点，活塞式压缩机在工业上获得广泛应用，但此机型也存在一些缺点：（1）结构复杂笨重，易损件多，占地面积大，投资较高，维修工作量大，使用周期较短，但经过努力可以达到8000小时以上（2）转速不高，机器体积大而重，单机排气量一般小于500m3/min（3）机器运转中有振动（4）排气不连续，气流有脉动，容易引起管道振动，严重时往往因气流脉动、共振而造成管网或机件的损坏（5）流量调节采用补助容积或旁路阀，虽然简单、方便、可靠，但功率损失大，在部分载荷操作时效率降低（6）用油润滑的压缩机，气体中带油需要脱除（7）大型工厂采用多台压缩机组时，操作人员多或工作强度较大2、活塞式压缩机的种类活塞式压缩机型式多样，大体可按以下几种方式分类（1）按排气压力分类低压压缩机0.2P0.98MPa中压压缩机0.98~9.8MPa高压压缩机9.8~98.0MPa越高压压缩机98.0MPa（2）按消耗功率分类微型压缩机10KW小型压缩机10~100KW中型压缩机100~500KW大型压缩机500KW（3）按排气量分类微型压缩机1m3/min小型压缩机1~10M3/min中型压缩机10~60m3/min大型压缩机60M3/min（4）按气缸中心线的相对位置分类立式：气缸中心线与地面垂直卧式：气缸中心线与地面平行，其中包括一般卧式、对置式和对动式（对置平衡式）角度式：气缸中心线彼此成一定角度，其中包括L型、V型、W型、扇型和星型等（5）按活塞在气缸内作用情况分类单作用式：气缸内仅一端进行压缩循环双作用式：气缸内两端都进行同一级次的压缩循环级差式：气缸内一端或两端进行两个或两个以上不同级次的压缩循环（6）按压缩机级数分类单级压缩机：气体经一级压缩达到排气压力两级压缩机：气体经两级压缩达到排气压力多级压缩机：气体经三级以上达到排气压力（7）按压缩机列数分类单列压缩机：气缸配置在机身一侧的一条中心线上双列压缩机：气缸配置在机身一侧或两侧的两条中心线上多列压缩机：气缸配置在机身一侧或两侧两条以上中心线上3、活塞压缩机的基本组成活塞式压缩机系统由驱动机、曲轴、连杆、十字头、活塞杆、气缸、活塞环、填料、气阀、冷却器、和油水分离器等所组成。驱动机驱动曲轴旋转，通过连杆、十字头和活塞杆带动活塞进行往复运动，对气体进行压缩，出口气体离开压缩机，如有级间冷却器则先进入冷却器后，再进入油水分离器进行分离和缓冲，然后再依次进入系统或下一级进行多级压缩。活塞式压缩机的驱动：（1）对驱动机的要求ａ、驱动机功率充足。活塞式压缩机广泛用于中小流量、高压下，耗功有大有小，但驱动机功率必须足够，并留有一定的富裕量ｂ、尽量与压缩机直联。活塞式压缩机的工作转速一般比较低，尽量采用与原动机直联，避免采用中间齿轮变速器ｃ、结构系统简单，起动迅速方便，容易开停车ｄ、运转平稳，振动小，防爆，安全可靠，能长周期运行（2）驱动机种类目前，活塞式压缩机采用的驱动机主要是电动机和内燃机两种，在有电的情况下，一般总是采用电动机，只有在没有电源时或有廉价的天然气或炼厂废气的场合下，才采用内燃机。电动机的结构系统比较简单，起动迅速、简便，工作安全可靠，维护简单，重量轻，价格相对低廉。活塞式压缩机一般采用交流电动机，功率在800KW以下时，大多采用鼠笼式异步电动机，因为它结构简单，工作可靠，起动方便，价格低廉。但鼠笼式的起动电流较大，会引起电网电压的波动。如果在这方面受限制，可采用线绕转子式异步电动机，以防过大的起动电流，但需设置一套专门的起动装置，结构比较复杂，价格比较昂贵。异步电动机的功率因数cosφ1，因此要消耗很大一部分无功功率，对电网是不利的。为此，当功率大于800KW时，宜采用同步电机，因为同步电机的功率因数cosφ=1。同步电动机的缺点是结构比较复杂，价格较高，对管理水平的要求也较高。大型压缩机都是采用电动机刚性联结直接驱动，或者电机直接装置在压缩机的曲轴之上，成为悬挂式电动机。刚性联轴器的优点是电动机转子可充作压缩机的飞轮，但在装配时对中要求较高。4、活塞压缩机的适用范围根据活塞压缩机的特点，可以看出它的适用范围主要是高压力、中小流量。根据压缩机的使用场合，考虑运转维护方便，动力平衡性，结构紧凑，安装方便等因素，以下为典型对置式压缩机简图8-2：对动平衡型压缩机为活塞作对称运动的对置型压缩机，它具有一般卧式压缩机的优点，却避免了一般卧式压缩机的缺点，它是卧式压缩机的发展。气缸水平布置且分布在曲轴箱两侧，气缸中心线与曲轴中心线垂直，每相邻两列有一对错角为180o的曲拐，活塞作相对运动。该类压缩机的动力平衡性能特别好，其第一、二阶惯性力可以完全平衡，惯性力矩也很小，转速可比卧式提高1~1.5倍，一般机组可达300~400rpm。因此，压缩机和电动机在质量上和外形尺寸上大约可减少50~60%。由于活塞对动，相对两列的活塞力相反，能互相抵消，减轻了主轴承的负载，改善了轴承的磨损，活塞工作面上的最大载荷和作用在部件上的应力和力矩减小，可使压缩机的尺寸和重量大大减小。该类压缩机的系列化和变形比较方便，因此在大中小型压缩范围，无论在国内外都有获得了很大的发展，以压倒的优势取代了一般卧式和大型立式压缩机组。对置平衡型压缩机按电动机配置的位置不同可分为Ｈ型和Ｍ型两种。Ｍ型压缩机电动机配置在机身的一端，列间距较小。机身利于整个构造，安装简单，但其机身和曲轴的刚性不如Ｈ型，而且机身和曲轴的制造也比Ｈ型困难。Ｍ型多用于多种用途的联合压缩机。第二节活塞式压缩机的主要参数1、排气量活塞式压缩机的排气量，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，排气量常用的单位为M3/min或M3/h。压缩机的额定排气量----压缩机铭牌上标注的排气量----是指特定的进口状态（一般为1大气压、20℃）时的排气量。对于实际气体，若是在高压下测得的气体容积，则换算时要考虑到气体的可压缩性的影响。排气量表征压缩机的大小，但并不表明压缩机所排气体的物质数量。化工工艺中使用的压缩机，由于工艺计算的需要，需将排气量折算到标准状态（101325Pa、0℃）时的干气体积值，此值称为供气量。供气量与排气量的关系为QN=Q0(P1-φPs1)T0/(P0T1)式中P0、T0及P1、T1------标准状态及压缩机进口状态的压力和温度，N/m2、Kφ------相对湿度Ps1-----进气温度T1时的水蒸汽饱和蒸汽压力，N/m2（Pa）反之，也可从用户要求的供气量，根据上式换算成压缩机的排气量。2、排气压力活塞式压缩机的排气压力通常是指最终排出压缩机的气体压力，排气压力应在压缩机末级排气接管处测量，常用单位为MPa。一台压缩机的排气压力并非固定，压缩机铭牌上标出的排气压力是指额定排气压力。实际上，压缩机可在额定排气压力以下的任意压力下工作，并且只要强度和排气温度等允许，也可超过额定排气压力工作。3、转速活塞式压缩机曲轴的转速，常用r/min(rpm)表示，它是表征活塞式压缩机的主要结构参数。4、活塞力活塞力为曲轴处于任意的转角时，气体力和往复惯性力的合力，它作用于活塞杆或活塞销上。活塞力已成为压缩机系列化、规格化的一个主要参数，常用单位为t（吨）。5、活塞行程活塞式压缩机在运转中，活塞从一端止点到另一端止点所走的距离，称为一个行程，常用单位为m（米）6、功率活塞式压缩机消耗的功，一部分直接用于压缩气体，称为指示功，另一部分用于克服机械摩擦，称为摩擦功，主轴需要的总功为两者之和，称为轴功。单位时间内消耗的功称为功率，常用单位为瓦（W）或千瓦（KW）。压缩机的轴功率为指示功率和摩擦功率之和。7、热效率（1）等温效率等温效率有等温指示效率和等温轴效率之分，等温指示效率是压缩机理论等温循环指示功与实际循环指示功之比，等温轴效率系指理论等温循环指示功与轴功之比，等温轴效率也称全等温效率。（2）绝热效率绝热效率也可分绝热指示效率和绝热轴效率。一般绝热效率系指绝热轴效率，它是压力缩机的理论绝热循环功与轴功之比。（3）等温绝热效率将压缩机理论循环的等温指示功与绝热循环功相比，其比值称为等温绝热效率。（4）比功率8、其它参数表示活塞式压缩机特征的还有其它一些参数，诸如结构型式（立式、角式、和卧式等）、列数和级数等。第三节活塞式压缩机的变工况及排气量调节活塞式压缩机的排气量和压力(包括中间压力)，在机器运转过程中不是固定不变的。外界的气耗用量不可能随时都等于压缩机的排气量，进出压缩机的气体压力也不会等于压缩机的预定设计压力。当外界耗气量小于压缩机的排气量时，便需对压缩机进行排气量的调节，以使缩机的排气量适应耗气量的要求。1、变工况工作（1）吸气压力改变当吸气压力降低，排气压力不变时，对单级压缩机，则压缩比升高，排气量下降，对于多级压缩机，主要导致末级压缩比升高，排气量有所下降，级数越多，影响越少。（2）排气压力改变提高压缩机的排气压力，而吸气压力不变，对于多级压缩机来说末级压缩比最大，但其余各级压缩比也略有上升，排气量减少，功率增加。（3）压缩介质改变介质的改变，气体的绝热指数也随之改变，绝热指数高，排气量和功率都有所增大，重度增大的气体，功率也随之增大。（4）压缩机转速的改变在一定范围内增加转速，排气量会相应增加，而且还会影响到气阀的寿命，所以提高转速要综合考虑，而且还要对有关通流部件进行改造。2、排气量的调节活塞式压缩机调节气量方法很多，按根据排气改变的情况，可分为间隙调节、分级调节和连续调节三种。压缩机和气体耗用机器之间的输气管网容积（包括贮气器在内）也是排气量调节中的重要环节。当压缩机的排气量大于气体耗用量时，输气管网中的压力升高，反之则降低。利用管网中压力在一定的幅度范围（压力不均匀度）波动，可在短期内缓和排气量不相等的矛盾。显然，管网容积越大，它的平衡作用越大，或它的压力不均匀度也越小。管网中应用贮气罐的目的就是加大管网容积。压缩机排气量调节是根据管网中的压力变化进行的。采用人工操作的调节机构时，当管网中压力超过或低于规定值，即开启或关闭调节机构。采用自动操作的调节机构时，管网的压力作用于一定的器械，从而使调节机构发生作用。一般来说，趋向于采用自动控制的调节机构，称为自动控制。它要求较小的管网容积能达到更小的压力不均匀度。只在耗气量相当稳定，偶尔需要调节的场合，例如化工流程，才采用手动调节。也有在自动控制之外，加用手动调节，作为开停车和紧急情况时的操作。（1）转速调节活塞式压缩机的排气量与转速成正比，改变压缩机的转速就可以调节排气量。转速调节目前主要应用于直流电动机和内燃机驱动的压缩机中。（2）管路调节在管路方面增加适当的机构，利用适当程度的阻塞或旁通来进行排气量的调节，而压缩机本身结构并无改变，因此管路调节可以应用任一原来不具有排气调节的压缩机上。（3）节流进气调节在压缩机进气管路上装有节流阀，通过节流阀调节入口流量，从而调节压缩机排量（4）停止进气调节停止进气调节是隔断进气管路，使压缩机进入空转而排气量为零。多用于开停机状况。（5）旁路调节旁路调节是将进气管和排气管用普通管路和旁通阀加以连通，来达到调节排气量的目的。调节时只要打开旁通阀，排出的气体便又回入进气管线。按照旁路阀开关的方式不同，旁路调节又可分为节流连通和自由连通两种ａ、节流