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往复式压缩机的工作原理

2017-12-29 tag标签:原理(17)往复式(8)

往复式压缩机工作原理如下图所示。

往复式空压机原理图

往复式压缩机属于容积式压缩机,是使一定容积(实际上是一定质 量的气体,进出气体质量不变,但经过压缩之后压力增加,体积缩小) 的气体顺序地吸入和排出封闭空间以提高静压力的压缩机。

曲柄带动连 杆4,连杆4通过十字头7与活塞杆3相连带动活塞2前后或上下运动。

活塞运动使气缸1内的容积发生变化,当活塞向后或向下运动的时候, 气缸容积增大,进气阀5打开,出气阀6关闭,气体被吸进来,完成进 气过程;当活塞2向前或向上运动的时候,气缸容积减小,出气阀6打 开,进气阀5关闭,完成压缩过程。

通常活塞上有活塞环来密封气缸1和活塞2之间的间隙, 气缸1内有润滑油润滑活塞环。

英格索兰空压机是通过曲轴(侧视图未画出)带动连杆,活塞做上下运动。

当活塞向下运动的时候,汽缸容积增大,进气阀打开,排气阀关闭,气体被吸进来, 完成进气过程;当活塞向上运动的时候,气缸容积减小,出气阀打开,进 气阀关闭,完成压缩过程。

下面根据图2-10和图2-11单动往复式压缩机工作原理图,再结合 图2-12往复式压缩机工作过程中压力-体积变化关系说明往复式压缩机 工作原理。

活塞在气缸内运动到最左端时,活塞与气缸盖之间还留有一很小的 空隙,称余隙,其作用主要是防止活塞撞击到气缸前端盖上。

由于余隙的存在,在气体排出之后,气缸内还残存一部分高压气体P2,其状态 如图2-12中A点所示。

当活塞从最左端向右运动时,残留在余隙中的 气体开始膨胀,压力从P2下降到P1,其状态相当于图2-12中B点所 示,这一阶段称为膨胀阶段。

当气缸继续向右运动时,气缸内的压力稍低于压力p1,于是进气阀打开,气体被吸入气缸, 直到活塞运动到最右端,其状态如图2-12中C点所示,这一阶段称为吸气阶段。

此后活塞改向左运动,缸内气体被压缩而升压,进气阀关闭,气体继续被压 缩,直到活塞到达图2-12中D点的状态,压力增大到稍微高于压力 p2,这一阶段称为压缩阶段。

此时,排气阀打开,气体在压力p2状态下从气缸中排出,直到活塞回复到图2-12中A点的状态, 这一阶段称为排气阶段。

由此可见,往复式压缩机的一个循环过程是由膨胀、吸气、压缩、 排气等四个阶段构成。

在图2-12的"V坐标上形成一个封闭曲线。

AB为余隙的膨胀阶段,BC为吸气阶段,CD为压缩阶段,DA为排气阶段。

由于气缸内余隙中高压气体的存在,使吸入的气体量减少,增加动 力消耗,故余隙不宜过大,一般余隙容积为活塞一次扫过容积的5%左 右,此百分比又称余隙系数。

气体在往复式压缩机的压缩过程既不能是一个完全的等温过程,也不 能是一个完全的绝热过程,是介于等温和绝热之间的一个多变压缩过程, 对于一个多变压缩过程的排出气体的绝对温度和所消耗的外功。

在多变压缩过程中,排气温度随排气压力的增加而呈指数变化,压缩比p2/p1越大, 排气温度就越高;进气温度越高。排气温度越高。

排气温度越高,压缩机气缸的强度越低,越容易受到破 坏,被压缩的气体危险性越大。

所以为了保证压缩机操作的安全性,一 是压缩机进口气体的温度要低,有的甚至要经过冷却器冷却降温后方能 进气,但进气温度要高于被压缩气体的露点温度;二是压缩比要适当。 同时,还要加强气缸壁的冷却和活塞与气缸壁之间的润滑。

在生产过程中,如果所需气体的压缩比很大,把压缩过程用一个气 缸一次完成往往是不可能的,即使理论上是可行的,但实际上也是无法 实现的。

压缩比太高,不仅动力消耗过大,而且温升也过大。温升过 大,气缸内的润滑油会变性,即润滑油发生裂解,使其钻度下降,甚至 有可能发生焦糊现象。

由于润滑油变性,润滑不良,机件受损,严重时 会发生爆炸事故。为了降低压缩机压缩过程中温升过高而对设备强度的 显著影响,往往当压缩比超过8时采用多级压缩,一般正常情况下压缩 比为3~5。

在多级压缩过程中,增加气缸的数目以减少每级压缩比, 进而减少余隙的影响,提高压缩机的容积率。

但多级压缩机本身并没有 解决气体温度过高的问题。虽然在气缸壁上装上水的夹套或散热片,但 远不足以移走气体压缩时所产生的热量。

为了解决这一问题,在级与级间还设置了中间冷却器,这样可以移除压缩所产生的热量。

在中间冷却 器后再安排一个气液分离器或除油器,以除去气体在冷却过程中其中徽 量的可凝气体液化成的液体或在压缩过程中气体中混入的润滑油。

虽然说是微量液体,但若不除去,如果进入下一级压缩机就会对压缩机产生 严重的破坏作用。


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