往复压缩机基本知识

2020/3/1022:06泵和压缩机1知识讲座往复活塞式压缩机基本知识讲座2020/3/1022:06泵和压缩机2往复活塞式压缩机第一节往复活塞式压缩机的基本结构的工作原理第二节往复活塞式压缩机的工作循环第三节排气量第四节功率和效率第五节排气温度及排气压力第六节多级压缩第七节实际气体的压缩第八节压缩机变工况工作及排气量调节第九节往复活塞式压缩机的类型及其选择第十节操作与故障处理2020/3/1022:06泵和压缩机3第三章往复活塞式压缩机2020/3/1022:06泵和压缩机4第一节往复活塞式压缩机的基本结构和工作原理第一节往复活塞式压缩机的基本结构和工作原理第二节往复活塞式压缩机的工作循环第三节排气量第四节功率和效率第五节排气温度及排气压力第六节多级压缩第七节实际气体的压缩第八节压缩机变工况工作及排气量调节第九节往复活塞式压缩机的类型及其选择2020/3/1022:06泵和压缩机5第一节往复活塞式压缩机的基本结构和工作原理一、基本构成和工作原理二、活塞式压缩机的主要部件1.曲轴2.连杆3.十字头4.气缸5.气阀6.活塞7.填料2020/3/1022:06泵和压缩机6一、基本构成和工作原理膨胀（残余气体）吸气压缩排气工作原理2020/3/1022:06泵和压缩机7一、基本构成和工作原理曲轴转一周，在汽缸里经历膨胀、吸气、压缩、排气四个过程。活塞行程活塞左右的最大距离。曲柄转角:q=0~360°工作原理2020/3/1022:06泵和压缩机8一、基本构成和工作原理(a)pVcdpVbaα(a)(盖侧）膨胀，（轴侧）压缩α=0～40°2020/3/1022:06泵和压缩机9一、基本构成和工作原理(b)pVcdpVbaacα(a)(盖侧）吸气，（轴侧）压缩-排气α=40～180°2020/3/1022:06泵和压缩机10一、基本构成和工作原理(c)pVbapVcdbaα(a)(盖侧）压缩，（轴侧）膨胀α=180～280°2020/3/1022:06泵和压缩机11一、基本构成和工作原理特点——用途广泛，石油天然气加工运输中有重要地位优点：1.适用压力范围广，从低压到高压（350MPa）。2.热力效率高，功率消耗低。3.对于介质及排气量的适应性强，4.对制造机器金属要求相对不严。缺点：1.重量大、尺寸大、结构复杂、安装基础施工工作量大。2.可损件多、可靠性低。3.气流有脉动。4.转速较低，排气量受到限制。5.振动大。2020/3/1022:06泵和压缩机12一、基本构成和工作原理2020/3/1022:06泵和压缩机13二、活塞式压缩机的主要部件传动机构：曲轴、轴承、连杆、十字头、皮带轮，联轴器等。工作机构：汽缸、气阀、活塞及填料组件。机体辅助系统：润滑、冷却、调节等2020/3/1022:06泵和压缩机14曲轴曲轴连杆连杆十字头十字头填料填料活塞活塞减荷阀级间分离器级间冷却器气阀气阀皮带轮气缸气缸二、活塞式压缩机的主要部件2020/3/1022:06泵和压缩机151.曲轴1.曲轴•结构形状•润滑•支撑•惯性力、平衡2020/3/1022:06泵和压缩机16⑵连杆：2.连杆作用：运动转换、力（矩）传递结构：大头、小头、杆身润滑：杆身中钻油孔形状：圆形、矩形、工字形2020/3/1022:06泵和压缩机173.十字头⑶十字头：滑块，连接连杆与活塞杆作用：导向连接：十字销、螺纹2020/3/1022:06泵和压缩机184.气缸⑷气缸气缸是活塞式压缩机工作部件中的主要部分。根据压缩机不同的压力、排气量、气体性质等需要，应选用不同的结构型式和材料。基本要求：应具有足够的强度和刚度；良好的冷却、润滑及耐磨性；尽可能小的余隙容积和气体阻力；利于制造和检修；符合系列化、通用化、标准化的“三化”要求，以便互换2020/3/1022:06泵和压缩机194.气缸⑷气缸（冷却方式）风冷：小型压缩机。靠气缸外散热片强化散热。水冷：大部分压缩机采用，一般为双层（或三层）缸壁结构2020/3/1022:06泵和压缩机20气阀在汽缸上的位置•径向：阀轴线与汽缸轴线垂直，余隙大;•轴向：阀轴线与汽缸轴线平行，余隙小；•斜向：阀轴线与汽缸轴线成一定角度，余隙中。5.气阀2020/3/1022:06泵和压缩机21⑸气阀活塞式压缩机的重要部件，也是最易损坏的部件。限制往复压缩机高速化化发展的关键问题之一。自动阀：靠阀前后压力差实现开闭。5.气阀b3b2b1D1D2D3h升程限制器阀片阀座弹簧2020/3/1022:06泵和压缩机22⑸气阀5.气阀2020/3/1022:06泵和压缩机23⑸气阀5.气阀2020/3/1022:06泵和压缩机24•阻力损失小；•关闭及时（弹簧力大小）；•寿命长、工作可靠，阀片及弹簧；•余隙容积小，组合阀小；•噪音小。气阀要求：气阀型式：环状阀、网状阀、碟阀、孔阀、直流阀。5.气阀气阀寿命：气阀的寿命主要取决于阀片和弹簧的寿命。•压缩机运转时，阀片在阀座和升程限制器之间来回跳动、撞击，易于形成疲劳裂纹而使阀片损坏。•阀片撞击升程限制器时，弹簧变形量和变形速度很大，动应力较大，导致弹簧损坏2020/3/1022:06泵和压缩机25•盘形：中低压双作用汽缸，空心，有直承面，润滑；活塞•筒形：单作用活塞，侧向力；6.活塞2020/3/1022:06泵和压缩机26•盘形：中低压双作用汽缸，空心，有直承面，润滑；⑹活塞•筒形：单作用活塞，侧向力；6.活塞2020/3/1022:06泵和压缩机27•盘形：中低压双作用汽缸，空心，有直承面，润滑；⑹活塞•筒形：单作用活塞，侧向力；6.活塞2020/3/1022:06泵和压缩机28填料函—三、六瓣密封原理：填料抱紧在活塞杆上，利用阻塞、节流实现密封。活塞杆与气缸之间的密封是通过填料函密封来实现的。密封型式：平面填料、锥面填料。7.填料2020/3/1022:06泵和压缩机29三瓣环：径向开口可允许汽缸末的高压气进入密封室。填料函平面填料—三、六瓣密封原理：三六瓣均用弹簧抱紧在活塞杆上，阻塞、节流。六瓣环：轴向开口被三瓣环挡住，径向开口被三块小盖挡住。气体不会漏出反而将六瓣环压紧抱在活塞杆上。缸内压力越高抱得越紧（六瓣环）起自紧作用。材料：耐磨铸铁、青铜；填充聚四氟乙烯。使用压力：P100×105Pa7.填料2020/3/1022:06泵和压缩机30填料锥面填料适用压力：P100×105Pa7.填料2020/3/1022:06泵和压缩机31第一节重点（1）往复活塞式压缩机的工作原理，优、缺点。（2）往复压缩机有哪些零部件组成？传动机构、工作腔机构、辅助系统。（3）什么是双作用活塞，活塞有哪些种类。（4）气阀有哪些零件组成。自动阀，环状阀。（5）水冷气缸和风冷气缸的适用场合。（6）十字头的作用。曲柄轴和曲拐轴的区别。（7）连杆大、小头都与哪个零件相连。填料的作用。（8）什么是无油润滑压缩机。2020/3/1022:06泵和压缩机32第二节往复活塞式压缩机的工作循环第一节往复活塞式压缩机的基本结构的工作原理第二节往复活塞式压缩机的工作循环第三节排气量第四节功率和效率第五节排气温度及排气压力第六节多级压缩第七节实际气体的压缩第八节压缩机变工况工作及排气量调节第九节往复活塞式压缩机的类型及其选择2020/3/1022:06泵和压缩机33第二节往复活塞式压缩机的工作循环一、理论工作循环1.级的进气量2.压缩过程中容积、温度与压力的关系3.理论功率二、实际工作循环2020/3/1022:06泵和压缩机34目的：研究主要工作参数：排气量、功率、压力、温度的计算及关系。Q、P→N、D、n一、理论工作循环假设：⑴.进排气无阻力损失，无压力脉动，无热交换；⑵.没有余隙容积；⑶.没有泄漏；⑷.被压缩的是理想气体，压缩过程中过程指数为常数。一、理论工作循环2020/3/1022:06泵和压缩机35三个过程（理论循环）压缩：右—左，热力学过程吸气：左—右，外止点—内止点排气：右—左—外止点•排气压力取决于排气管道中压力—排气阀后压力（背压）。一、理论工作循环2020/3/1022:06泵和压缩机36压缩过程是一定量气体的热力过程，压缩线决定于过程指数m冷却完全等温压缩m=1无热交换绝热压缩m=k压缩中放热多变压缩mk压缩中吸热多变压缩mkdsppvdp大小与压缩过程有关，有等温、绝热、多变三个过程。一、理论工作循环2020/3/1022:06泵和压缩机37线活塞压缩机中km1等温压缩m=1绝热压缩m=k多变压缩mk多变压缩mk一、理论工作循环2020/3/1022:06泵和压缩机38线活塞压缩机中km1等温压缩m=1绝热压缩m=k多变压缩mk多变压缩mk3.理论功率2020/3/1022:06泵和压缩机39实际中：汽缸端部余隙容积；吸排气过程有阻力损失；缸内气体有热交换。工作过程气体有泄漏。二、实际工作循环2020/3/1022:06泵和压缩机40二、实际工作循环2020/3/1022:06泵和压缩机41实际过程与理论过程的区别：①由于余隙容积的存在，实际工作循环由膨胀、吸气、压缩、排气四个过程组成，而理论循环无膨胀过程。②实际吸、排气过程中存在阻力损失，使实际气缸内吸气压力小于吸入管路内气压、实际气缸内排气压力高于排出管路内气压；吸、排气过程中有压力波动、温度变化。③在膨胀和压缩过程中，因为气体与气缸壁之间存在热交换，使得压缩过程指数与膨胀过程指数不断变化。④压缩机工作过程中活塞环、填料、气阀不可避免存在泄漏，使指示功图面积变小•名义吸、排气压力，压比二、实际工作循环2020/3/1022:06泵和压缩机42理论循环（假设条件）实际循环（工作过程）相关参数工作腔内无（剩）余（间）隙有余隙（阀窝、盖端、环端三部分）余隙V0相对余隙α容积系数λV工作过程进气、压缩、排气三个过程进气、压缩、排气、膨胀四个过程进排气过程无压力损失，压力稳定有压力损失，压力脉动压力系数λp进气过程与外界无热交换与外界（气缸壁）有热交换温度系数λT工作过程无气体泄漏损失有气体泄漏损失泄漏系数λl工作过程压缩过程指数恒定压缩和膨胀过程指数变化过程指数m工作介质理想气体实际气体压缩性系数Z二、实际工作循环2020/3/1022:06泵和压缩机43•等端点法：保持位置1、2、3、4不变，用假设m’、m的代替作成的过程线，过程指数叫等端点指数，指示图面积略小，估算吸气量。过程指数的简化pV3412'实际过程线当量过程线等端点过程线4'2过程指数简化图二、实际工作循环2020/3/1022:06泵和压缩机44膨胀3点不变m为常数作3-4’保持面积不变；1点不变m为常数作1-2’保持面积不变当量过程指数，用于计算指示功。•等功法：用指示图面积不变来简化。过程指数的简化二、实际工作循环pV3412'实际过程线当量过程线等端点过程线4'2过程指数简化图2020/3/1022:06泵和压缩机45第二节重点（1）理论压缩循环的4点假设。（2）往复压缩机的工作过程属于哪一种，多变，绝热（3）理论压缩循环中级的进气量，行程容积。（4）实际循环与理论循环的区别。（5）余隙容积及其对压缩过程的影响。2020/3/1022:06泵和压缩机46第三节排气量第一节往复活塞式压缩机的基本结构的工作原理第二节往复活塞式压缩机的工作循环第三节排气量第四节功率和效率第五节排气温度及排气压力第六节多级压缩第七节实际气体的压缩第八节压缩机变工况工作及排气量调节第九节往复活塞式压缩机的类型及其选择2020/3/1022:06泵和压缩机47第三节排气量一、排气量的定义1.实际容积流量（实际排气量）2.标准容积流量（标准排气量）二、活塞压缩机的吸气量三、活塞压缩机的排气量1.泄漏系数ll2.实际排气量Q3.影响排气量的因素四、凝析和凝析系数2020/3/1022:06泵和压缩机48第三节排气量四、凝析和凝析系数1.凝析条件2.凝析系数五、气缸的工作容积及缸径的确定2020/3