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第四章 活塞式压缩机 活塞式压缩机又称往复式压缩机，是容积型压缩机的一种。它是依靠汽缸内活塞的往复运动来压缩缸内气体，从而提高气体压力，达到工艺要求。在化工及石油工业的飞速发展中，活塞压缩机的发展趋势如下：①高压、高速、大容量；②提高压缩机的效率和延长使用寿命；③按系列化、通用化、标准化进行设计、生产，以利提高产量、质量，缩短制造周期，便于产品变型。 4.1活塞式压缩机的基本组成及工作原理 活塞式压缩机的结构见图4-1。 图4-1　2D6.5-7.2/150型压缩机　 1-Ⅲ段汽缸；2-Ⅲ段组合气阀;3-Ⅰ-Ⅲ段活塞；4-Ⅰ段汽缸；5-Ⅰ段填料盒； 6-十字头；7-机体；8-连杆；9-曲轴；10-Ⅴ带轮；11-Ⅱ段填料盒； 12-Ⅱ段汽缸13-Ⅱ-Ⅳ段活塞；14-Ⅳ段汽缸；15-Ⅳ段组合气阀；16球面支承 4.1.1、活塞式压缩机的基本组成 活塞式压缩机系统由驱动机、机体、曲轴、连杆、十字头、活塞杆、汽缸、活塞和活塞 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进人冷却器后，再进人油水分离器进行分离和缓冲，然后再依次进人下一级进行多级压缩。往复式压缩机结构示意图如图4-2。 4.1.2、活塞式压缩机级的理论循环 为了由浅入深地说明问题，假定压缩机没有余隙容积，没有进、排气阻力，没有热量交换等，压缩机工作时，汽缸内压力及容积变化的情况如图8-3所示。当活塞自点0向右移动至点1时，汽缸在压力P1下等压吸进气体，0-1为进气过程。然后活塞向左移动，自1绝热压缩至2，1-2为绝热压缩过程。最后将压力为P2的气体等压排出汽缸，2-3为排气过程。过程0-1-2-3-0便构成了压缩机理论循环。 活塞从止点0至止点1所走的距离S，称为一个行程。在理论循环中，活塞一个行程所能吸进的气体，在压力P1状态下其值为 式中——活塞面积，； S——活塞行程， 。 压缩机把气体自低压空间压送到高压空间需要消耗一定的功，压缩机完成一个理论循环所消耗的功为图2-3的0-1-2-3-0所围区域的面积，即进气过程中气体对活塞所作的功相当于0-0’-1’-1-0所围的面积；压缩过程中活塞对气体所作的功相当于1’-1-2-2’-1’所围的面积。假定气体对活塞所作的功为负值，活塞对气体所作功为正值，则三者之和为图2-3中0-1-2-3-0所示范围区域的面积。 由于自1至2的压缩过程中，指数越小，过程曲线越平坦，因此可知过程指数越小，压缩机循环消耗的功也越小。 在压缩循环中，压缩过程中所消耗的外功将全部变成热量。在绝热压缩过程中，这些热量将全部转变为气体的内能，使气体温度升高，并全部被气体带出压缩机；在等温压缩循环中，等温压缩的功将变成热量，并通过气体全部传给了外界，气体排出压缩机时，温度没有什么改变；在多变压缩过程中，一部分热量变成气体内能被气体所带走。 如果压缩机绝热循环及多变循环中排出的气体，再通人冷却器中等压冷却至气体吸人前的原始温度，则气体内能和气体进人压缩机前相同。必须指出，在这种情况下，虽然压缩气体所消耗的外功全部变成了热量，但借助于外功的作用，使气体的体积缩小了，从而使压力得到提高。 4.1.3、活塞式压缩机级的实际循环 图4-4是由指示器在实际机器某级上测得的压力容积变化曲线，通称级的指示图，即为压缩机的实际循环图。它与理论循环图2-3的区别是：有余隙容积yo的存在，使高压气体不可能全部排出汽缸，在活塞改变行程后，出现了Vo内高压气体的膨胀线； 图4-4 压缩机级的理论循环 图4-4压缩机级的实际循环 吸气及排气过程中压力均不变值，所以水平线变为波形内线；由于气阀及管道阻力损失的存在，使实际吸人压力线总低于名义吸人压力P1的水平线，排气压力线则高于名义排气压力P2；由于气体与缸壁等有热量交换，所以压缩及膨胀过程指数是一个始终变化的数值；除此之外，还存在着气体的泄漏等。显然它影响了吸人气体量和耗功，既不像图4-3那样全部吸气行程都吸人气体，也不是只耗面积为1-2-3-0-1那么少的功。 4.1.4、往复式压缩机的受力 往复式压缩机在正常运转时，作用于运动机构上的主要有惯性力、气体压力的作用力－气体力和相对运动表面之间产生的摩擦力。 1．惯性力 压缩机中各运动零件的运动若为不等速运动或旋转运动时，便会产生惯性力。惯性力的大小与方向决定于运动零件的质量和加速度，等于两者之乘积，其方向和加速度方向相反。 2.气体力