往复式压缩机的基础知识 1 ．什么是
压缩机工作过程？ 往复式压缩机都有气缸、活塞和气阀。压缩气体的工作过程可分成膨胀、吸入、压缩和排出四个阶段。 图 1—1 所示是一种单吸式压缩机的气缸。这种压缩机只在气缸的一端有吸入气阀和排出气阀，活塞每往复一次只吸一次气和排一次气。 图 1—1 单级式压缩机气缸简图 1 一气缸； 2 一活塞； 3 一吸入气阀； 4 一排出气阀 (1) 膨胀：当活塞 2 向左边移动时，活塞右边的缸容积增大，压力下降，原先残留在气缸中的余气不断膨胀。 (2) 吸入：当压力降到稍小于进气管中的气体压力时，进口管中的气体便推开吸入气阀 3 进入气缸，随着活塞逐渐向左移动，气体持续进入缸内，直到活塞移至左边的末端 ( 又称左死点 ) 为止。 (3) 压缩：当活塞调转方向向右边移动时，工件的容积逐渐缩小，这样便开始了压缩气体的过程。由于吸人气阀有止逆作用，故缸内气体不能倒回进口管中，而出口管中的气体压力又高于气缸内部的气体压力，缸内的气体也无法从排出气阀 4 跑到缸外。出口管中的气体因排出气阀有止逆作用，也不能流人缸内。因此缸内的气体质量保持一定，只因活塞继续向右移动，缩小了缸内的容气空间 ( 容积 ) ，使气体的压力不断升高。 ． (4) 排出：随着活塞右移，压缩气体的压力升高到稍大于出口管中的气体压力时，缸内气体便顶开排出气阀而进入出口管中，并不断排出，直到活塞移至右边的末端 ( 又称右死点 ) 为止。然后，活塞又开始向左移动，重复上述动作。活塞在缸内不断地来回运动，使气缸往复循环地吸入和排出气体。活塞的每一次来回称为一个工作循环，活塞每来或回一次所经过的距离叫做冲程。 图 1—2 所示是一种双吸式压缩机的气缸。这种气缸的两端，都具有吸入气阀和排出气阀。其压缩过程与单吸式气缸相同，所不同的只是在同一时间内，无论活塞向哪一方向移动，都能在活塞的运动方向发生压缩作用，在活塞的后方进行吸气过程。也就是说，无论活塞向左移或向右移都能同时吸入和排出气体。 图 1—2 双吸式压缩机气缸简图 1 一气缸； 2 一活塞； 3 一吸人气阀； 4 一排出气阀 2 ．什么是压缩气体的三种热过程 ? 气体在压缩过程中的能量变化与气体状态 ( 即温度、压力、体积等 ) 有关。在压缩气体时产生大量的热，导致压缩后气体温度升高。气体受压缩的程度愈大，其受热的程度也愈大，温度也就升得愈高。压缩气体时所产生的热量，除了大部分留在气体中使气体温度升高外，还有一部分传给气缸使气缸温度升高，并有少部分热量通过缸壁散失于空气中。 压缩气体所需的压缩功，决定于气体状态的改变。说通俗点，压缩机耗功的大小与除去压缩气体所产生的热量有直接关系。一般来说，压缩气体的过程有以下三种： (1) 等温压缩过程：在压缩过程中，把与压缩功相当的热量全部移去，使缸内气体的温度保持不变，这种压缩称为等温压缩。在等温压缩过程中所消耗的压缩功最小。但这一过程是一种理想进程，实际生产中是很难办到的。 (2) 绝热压缩过程：在压缩过程中，与外界没有丝毫的热交换，结果使缸内气体的温度升高。这种不向外界散热也不从外界吸热的压缩称为绝热压缩。这种压缩过程的耗功最大，也是一种理想过程。因为实际生产中，无论何种情况要想完全避免热量的散失，都是很难做到的。 (3) 多变压缩过程：在压缩气体过程中，既不完全等温，也不完全绝热的过程，称为多变压缩过程。这种过程介于等温过程和绝热过程之间。实际生产中气体的压缩过程均属多变压缩过程。 图 1—3 所示是气体在上述三种情况下的压缩曲线。其中最外一条曲线 BC 表示绝热过程，称为绝热曲线；位于中间的曲线 BC1 ，表示在实际情况下的气体压缩过程，称为多变曲线；位于里层的曲线 BC2 表示气体在温度不变情况下的压缩过程，称为等温曲线。 从图 1—3 中可以看出，气体在等温压缩时所包含的面积 ABC2D 比绝热压缩包含的面积 ABCD 为小。面积的大小也可以表示功耗的大小，故等温压缩时所消耗的功就比在绝热压缩时所消耗的功小得多。同时从图中也可看到，多变曲线介于等温和绝热曲线之间，其面积 ABClD 比等温压缩时的面积 ABC2D 为大，比绝热压缩时的面积 ABCD 为小，因而在多变压缩过程中所消耗的功就比等温压缩为大，比绝热压缩为小。多变曲线愈靠近等温曲线，其所消耗的功就愈少；反之多变曲线愈靠近绝热曲线，则所消耗的功就愈多。所以，在实际工作中，为了节省压缩功，也就是节省压缩气体时所消耗的动力，就必须使多变过程尽量接近等温过程。换句话说，必须创造近似于等温过程的条件进行气体压缩。 气体体积 V 图 1—3 气体压缩曲线 BC ：一绝热曲线； BCl 一多变曲线； BC2 一等温曲线 要使多变过程接近于等温过程，必须将压缩气体时所产生的热量移去。在实际生产中，为了达到上述目的，多用空气和冷却水来冷却压缩机的气缸和压缩以后的气体。在压缩过程中，冷却的效果愈好，移去的热量会愈多，多变曲线也就愈接近等温曲线，则节省的动力也会愈多，愈经济。 图 1—3 又叫示功图，可用专门的仪器 ( 示功器 ) 描绘在图纸上，根据示功图可以确定指示功率、容积系数、压缩和膨胀过程的多变指数、吸气和排气时的压力损失和消耗在有害阻力上的指示功率。此外所有阀、阀的弹簧、活塞环和填料函工作的情况都反映在示功图上。 图 1—4 示出了压缩机正常工作和不正常工作的示功图。根据示功图歪曲的特点，可以看出压缩机在工作中所发生的故障及其性质。 图 1—4 示功图的歪曲情况 1 一正常的示功图 ( 虚线代表理论的吸人、压缩和排出曲线 ) ； 2 一余隙容积超 过正常值； 3 一排出阀漏； 4- 排出阀片卡住； 5 一吸入和排出管路的阻力大； 6- 排出阀的弹簧过强； 7 一压缩时吸入阀或者活塞环漏； 8 一吸入阀卡住； 9- 活塞环泄漏； 10- 阀的弹簧选择不适当 3 ．什么是多级压缩 ? 所谓多级压缩，即根据所需的压力，将压缩机的气缸分成若干级，逐级提高压力，并在每级压缩之后，设立
中间冷却器，冷却每级压缩后的高温气体。这样，便能降低每级能排气温度。 ‘ 图 1—5 所示，是多级压缩机的示功图。 BC 为绝热曲线， BK 为等温曲线。当气体在 Pl 压力下进入第一级气缸，并在缸中压缩到 P1 压力时，如果为绝热过程，气体状态以 BC1 线上的点 a 表示。在压缩过程中如果经过气缸水套冷却水的冷却，则气体状态落在图 b 点。由图可见，这样可节省 Bab 面积的功。状态 b 的气体再经过第一级缸后的中间冷却器，气体温度降低，体积由 b 点移到 c 点 ( 压力 P2 仍然保持不变 ) 。 气体体积 V 图 1—5 分段压缩示功图 Pl 一吸入压力； P2 一一级出口压力； P3 一二级出口压力； P4 一三级出口压力； P5 一四级出口压力； Bbcefhij 一实际分级多变压缩曲线 同理，在第二级压缩时，节省了 cade 面积的功；第三级所节省的功可用面积 fdgh 表示；第四级所省的功可用面积 igCj 表示。如果分级愈多，则 B 、 b 、 C 、 e 、 f 、 h 、 i ． j 各点的连线就会愈靠近等温曲线，节省的功也就愈多。 4 ．为什么要多级压缩 ? 用单级压缩机将气体压到很高的压力，压缩比必然增大，压缩后的气体温度也会升得很高。气体压力升高比愈大，气体温度升得愈高。当压力比超过一定数值时，气体压缩后的终结温度就会超过一般压缩机润滑油的闪点 (200 ～ 240C) ，润滑油会被烧成碳渣，造成润滑困难。多级压缩机所消耗的功比单级的大为减少，级数愈多，省功愈多。同时，级数愈多，气体压缩后的温度也愈低，气缸所能吸入的气体的体积也愈大。往复式压缩机在吸气过程中，须待残留在气缸余隙容积 ( 所谓余隙容积系指压缩机在排气终了，活塞处于死点位置时活塞与气缸之间的空间以及连接气阀和气缸问的通道的空间 ) 内的高压气体膨胀到压力 稍低于进气压力时，才能开始吸气。高压气体膨胀后占去一部分气缸容积，使气缸吸入气体的容积减少。显然，如果压力比愈高，余隙内残留的气体压力也愈高，余气膨胀后所占去的容积就愈大，压缩机的生产能力就显著降低。同时，压缩机机件的长度、厚度和直径都必须相应增大，不然，就不能适应其所承受的负荷，结果，不但使压缩机的造价增高，而且还会增加机件制造上的困难。因此，为了达到较高的终压，必须采用多级压缩机。但压缩机的级数也不应太多，因为级数每增加一级，就必须多一套气缸、气阀、活塞杆、连杆等机件，使压缩机结构复杂，并且大大增加设备费用。一般情况下，压缩机每一级压缩比不超过 3 ～ 5 。 5 ．什么是气体压力 ? 压力单位的表示方法 ? 气体压力就是气体分子对容器壁面撞击，使壁面受到连续均匀的平均力。通俗地说，压力就是垂直均匀作用在物体上的力。它的数学表达式为： P=F ／ A 式中 P—— 压力； A—— 作用面积； F—— 面积 A 上所受的力。 压力单位的表示方法如下： (1) 国际单位制 a ．帕斯卡： l 帕斯卡等于 l 米 2 面积上均匀垂直作用着 1 牛顿的力，符号为 Pa 。即 1Pa=1N ／ m2 。 b ．标准大气压： 1atm( 标准大气压 )=101325Pa( 帕斯卡 ) (2) 工程单位制 a ．工程大气压：目前工程上常用的压力单位为工程大气压，符号为 at 。 lat=1cm2 面积上垂直均匀作用 lkgf 。它与 Pa 和 atm 的关系如下： l at( 工程大气压 )=98066 ． 5 Pa( 帕斯卡 ) latm( 标准大气压 )=1 ． 0332 at( 工程大气压 ) b ．毫米汞柱 ( 或水柱 ) ：在测量气体、液体压力时，也常用毫米汞柱 ( 或水柱 ) 为单位。它与标准大气压的关系如下： latm( 标准大气压 )=760mmHg( 毫米汞柱 )=10 ． 332mH20( 米水柱 ) (3) 表压和绝对压 用压力表测量压力时所得的数值是相对数值，工程上称它为表压。把大气压计算在内的数值才是压力的真实数值，工程上称这个压力为绝对压力。表压和绝对压可按下式进行换算： 绝对压 = 表压 + 大气压 或 表压 = 绝对压一大气压。 题目答案均可在讲座内容中查找。欢迎大家积极参与并提出宝贵意见和建设性建议。 本活动最大评分10财富，同时谢绝友情和重复评分。每道题2财富，5题全对得10财富。 全部会员已经都有权限使用隐藏回复，请大家积极配合。自本期开始，不隐藏原则上不予评分。谢谢大家！ 具体隐藏方法： https://bbs.hcbbs.com/viewthread.php?tid=492556&highlight=%D2%FE%B2%D8 同IP答题，仅第一帖有效。编辑过的贴子不评分。 1、 压缩气体的工作过程可分成 ____________________________________________ 四个阶段。 2、 压缩气体的三种热过程 ____________________________________________________ 。 3、 所谓多级压缩，即根据所需的 _____ ，将压缩机的 ______ 分成若干级，逐级提高 _____ ，并在每级压缩之后，设立中间冷却器，冷却每级压缩后的高温气体 。 4、 用单级压缩机将气体压到很高的 ____ ，压缩比必然 _____ ，压缩后的气体温度也会升得很高。 5、气体压力就是气体分子对容器壁面撞击，使壁面受到连续均匀的 _______ 。
