2. 容积式压缩机（Positive Displacement Compressor ）主讲内容：2.1容积式压缩机概述2.2 热力性能、性能参数计算2.3 往复活塞式压缩机动力学计算2.4 往复式压缩机排气量调节2.5 其他容积式压缩机2. 容积式压缩机（Positive Displacement Compressor ）•2.1容积式压缩机概述•容积式流体机械 （Positive displacement fluid machinery ）靠泵腔容积的变化来吸入与排出介质,来转换能量的为~。

主要有：容积式压缩机；容积泵分类：(1)按结构分： 卧式 ① 往复式 (reciprocating) 立式 活塞式 单缸 单级 单作用 π式 柱塞式 → 双缸 → 双级 → 双作用→ H 式 隔膜式 多缸 多级 差 动 V 式 L 式 W 式② 回转式螺杆式：单螺杆；双螺杆；三螺杆；四螺杆；五螺杆。

罗茨式：滑片式： 齿轮式： 涡线式： 液环式： 滚动活塞式： 摇摆转子式： 球型转子式：半球转子式：(2) 按排气压力分： ① 低压： p< 1 MPa ② 中压： p = 1~10 MPa ③ 高压： p = 10~100 MPa ④ 超高压： p > 100 MPa（3）按容积流量分： ① 微型压缩机： min3v m 1q <② 小型压缩机：min~3v m101q =③中型压缩机： min ~3v m 10010q =④大型压缩机：min3v m 100q >•容积式流体机械的特点优点：①压力范围宽。

有真空；低压；中压；高压；超高压。

高压、超高压必须用容积式。

工业中有700MPa, 液体达到：1000MPa(实验室内）。

②效率高。

热效率达80%以上。

③适应性强，可输送各种介质。

④品种多样，适应各种工况及用途。

缺点：①结构较复杂，易损件多。

②排出不连续，产生脉动，往复惯性力。

③转速低，排量小。

③介质易受油污染。

结构：1. 曲轴2. 连杆3. 十字头4. 活塞杆5. 活塞6. 气缸7. 缸头8. 进气阀9. 排气阀10. 机体等2.1.1往复式压缩机结构与工作原理结构类型主要部件：曲轴、连杆、十字头、活塞杆、活塞、气缸、缸头、进排阀等辅助部件：润滑系统、冷却系统、飞轮、机壳、机座等。

动力端：飞轮、曲轴、连杆、十字头。

功用：传递动力，由旋转运动转化为往复运动。

液力端（工作端）：活塞杆、活塞、气缸、缸头、进排气门阀等功用：对介质作功，由机械能转化为流体能。

机型：卧式；立式；L型；V型；H型等。

工作机：往复压缩机；往复泵（课程内容）原动机：柴油机；汽油机等(课外内容）动力端基本相同。

飞轮、曲轴、连杆一样。

工作端也基本相同。

活塞杆、活塞、气缸基本一样。

不相同的有：缸头与进排气门阀（结构上差别）（1）气门阀①压缩机阀：环状阀、网状阀、碟形阀、条状阀、直流阀、多层环状阀、菌状阀等。

②泵阀：锥形阀；球阀；环状阀；球面阀；新型阀等。

③发动机阀：杆式气阀（2）活塞环密封活塞环材料：灰铸铁；球墨铸铁；合金铸铁；铜合金；石墨填, 充聚四氟乙烯；环氧树脂等。

一般三道活塞环便可以密封。

活塞形状：筒形；盘形；级差形；组合形等。

活塞材料：铸铝：ZL7；ZL8；ZL10 （发动机）铸铁：HT200；HT250；HT300 （压缩机）铸钢：20；A3；16M n；ZG25B （高压泵）（3）润滑系统功用：减磨损，延寿命，降耗功，防锈蚀，降温升。

①飞溅润滑：曲柄连杆旋转飞溅润滑油。

②喷雾润滑：喷嘴雾化喷淋润滑。

③压力润滑：泵压润滑。

润滑油种类：机械油；压缩机油；制冷机油；油脂；环烷基油；石蜡基油；硅酮油。

（4）冷却系统功用：降低温度，防止过热，减少功耗。

压缩机在压缩气体时，气体的体积缩小，温度升高。

①风冷：空气冷却。

机身上有散热片，风扇等。

②水冷：强制冷却。

缸体上有水套、管路，泵压水循环系统。

发动机（柴油机、汽油机）爆炸作功时也放出大量的热。

但这个热对于原动机来说是有利的。

2m 2.2 热力性能、性能参数计算•2.2.1 理论压缩循环理论压缩的假设：① 气缸内气体能全部排出。

② 进气、排气过程中，压力温度都不变。

③ 压缩过程指数一定，k , m 值不变。

④ 气缸无泄漏。

满足上面四条的为：理论压缩循环 理论压缩循环经过三个压缩过程：① 进气过程：4-1线，吸气压力不变 p 1 , 最大进气量V 1 。

② 压缩过程：1-2 线，压力升高，容积减少，最高压力 p 2 ③ 排气过程：2-3 线，排气压力不变 p 2 ，缸内气体排出。

吸气—压缩—排气 为一个循环，或一个冲程。

曲轴旋转一周，活塞一个往复，完成一个理论压缩循环。

•（一）理论进气量 气缸直径 D ，冲程长度（活塞行程）S S=2r ( 曲柄半径） 活塞行程容积：V h , 进气容积：V 1 一个理论循环的进气量：V 1= V h = A p ·S A p —— 活塞面积， ① 单作用气缸：冲3214m sD s A V p ⋅=⋅=π② 双作用气缸：()md m sd D V 活塞杆直径，冲--⋅-=322124π③ 单作用级差气缸：冲3214m sD V ⋅=π•每分钟理论进气量：()min24min 43221321m sd D nV ms D n s A n V p -==⋅⋅=ππ双作用：单作用：每分钟活塞冲程次数 n (冲/分)= 曲轴的转速 n （r/min ）(二)理论压缩循环功气体压缩，体积减少，温度升高，热量散发。

致使这个热力过程的能量计算较复杂，热力学中给出了五种计算方法：kgm 3kg 等容过程、等压过程、等温过程、等熵过程、多变过程 理想气体状态方程式：MRTpV RT pv ==式中： R=8314/μ； μ—气体分子量；υ——气体比容 T —绝对温度， T= t+273 °KV —气体容积 m 3 。

M —气体质量(1) 等温过程在压缩过程中，气体温度不变，T=常数。

状态方程式： M R TpV RTpv ==、由： ()k1k 12121k 2112k11111k 22k 11k k p p T T V V T T V V p p MRT V p MRT pV V p V p pV pV --⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎭⎫⎝⎛======;常数循环过程功W i 进气过程功：p 1V 1W i 排气过程功：- p 2V 2 压缩过程功：⎰21pdV取外力作功为正211i 1211i p p p p 1212211i V V MRT W Jp p V p W dp pp Vdp pdV V p V p W 2121lnln ==∴-=-=+-=⎰⎰⎰32121,,m V V p p p a进气体积、排出体积，进、排气压力，----(2) 绝热过程压缩过程中，气体与外界无热量交换，q=0 。

MRT pV RTpv ==、由：绝热过程方程式：1221212211V V p p MRT MRT V p V p pV pV ======常数k —绝热指数，只随温度变化。

等容比热等压比热；----=v p vp C C C C k单原子气体：k=1.66 ~ 1.67双原子气体：k=1.40 ~ 1.41 多原子气体：k= 1.10 ~ 1.30•理论循环过程功 W i()JT T MR 1k k W J 1p p pV 1k k Vdp W 12i k 1k 121p p i 21--=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-==-⎰（3）多变过程非等温、非绝热下的相对较实际的压缩过程。

多变过程方程式：1122(m mmm pV pV pV p V m ===--常数多变指数）11212122121211m mm mp V T V T p p V T V T p --⎛⎫⎛⎫⎛⎫=== ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭理论压缩循环功（多变过程）211211111m m p i p p m W Vdp pV J m p -⎡⎤⎛⎫⎢⎥==- ⎪⎢⎥-⎝⎭⎢⎥⎣⎦⎰121111m m i p mW MRT J m p -⎡⎤⎛⎫⎢⎥=- ⎪⎢⎥-⎝⎭⎢⎥⎣⎦•往复活塞式压缩机常采用水冷和风冷。

一般： 1＜m ＜k高压气缸级：m ≈k三种压缩过程比较：① 等温压缩过程用功最少，采用强制冷却,保持气缸温度不变。

② 绝热压缩过程用功最多。

③ 多变压缩过程用功在两者之间，较符合实际。

气体压缩机采用水冷或风冷目的减少温度的变化•2.2.2 级的实际压缩循环气缸内实际压缩循环的示功图：实测 abcd 图面积为实际压缩循环功。

主要特点：⑴ 气缸内有余隙容积 V0 存在。

V 0 内的剩余气体在压缩时被压缩，吸气时它先膨胀。

使循环过程出现一个膨胀过程，膨胀线 c —d 。

四个过程为一个循环：吸气—压缩—排气—膨胀 缸内余隙有：① 活塞与气缸端部间隙。

2~3 mm ② 活塞与气缸环形间隙。

0.5~1mm ③ 进、排气门阀通道，测压表管道。

④ 活塞帽凹槽 等。

⑵ 进、排气门阀阻力，使进气压力和排气压力产生波动。

进气时，气流需要克服阀片弹簧阻力，使进气压力 p< p 1 。

阀片颤振，使气压线出现波动。

•排气时，气流需克服背压和阀片弹簧，使排气压力 p>p 2 。

同样，阀片颤振，出现压力线波动。

△p 为克服气门阀片压紧弹簧所需的压力。

⑶ 压缩过程与膨胀过程存在不稳定的热交换，使压缩曲线与膨胀曲线不是稳定的 m 值。

（多变指数m 是变化的） 压缩线 a —b开始段：气体吸热 m>k 中间段：不传热 m=k 结束段：气体放热 m<k 膨胀线 c —d开始段：气体放热 n>k中间段：不传热 n=k n ——膨胀指数 结束段：气体吸热 n<k n<m⑷ 气缸内存在气体泄漏，使压缩线与膨胀线变的平坦。

外泄漏：活塞环、活塞杆填料函、第一级进气阀。

内泄漏：排气阀、后面各级进气阀。

•2.2.3 级的进气量与排气量（一）实际进气量 VSO活塞行程容积： V h = V S 余 隙 容 积： V o 余隙膨胀容积：△V 1 按多变膨胀过程分析：()()()2010130401nn n p V p V V p Vp V V =+∆=+∆即：121011n pV V p ⎡⎤⎛⎫⎢⎥∴∆=- ⎪⎢⎥⎝⎭⎢⎥⎣⎦若膨胀到4点开始吸气。

（n ——膨胀指数）实际进气容积：1'01211111n s s s s v s s SVV p V V V V VV V V p λ⎧⎫⎡⎤⎛⎫⎛⎫∆⎪⎪⎢⎥=-∆=-=--=⋅⎨⎬ ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎪⎪⎢⎥⎣⎦⎩⎭λv —容积系数，表征行程容积有效利用率。