容积式压缩机和动力式压缩机的区别
在您了解不同的压缩机和压缩方法之前,我们须先向您介绍气体压缩的两个基本原理。之后,我们将对这两个基本原理进行比较,并看看这些类别中的不同压缩机。
根据空气压缩和排放理论,空气(或气体)压缩通常分为两种:容积式压缩和动力式压缩。
在容积式压缩过程中,一个或多个压缩室吸入空气后与入口隔离。每个压缩室逐渐减小容积,内部空气受到压缩。当内置压力比达到设计值时,端口或阀门会打开。然后,压缩室的容积持续减小,空气被排放到出口系统中。
在动力式压缩过程中,空气被快速旋转的压缩叶轮片吸入并加速到较高的流速,然后通过扩散器排出,此时气体动能转化为静压。
容积式压缩机
- 恒定流速
- 压力较高
- 低速运行
- 小流量稳定供气
- 采用简单的设计
容积式压缩机产生恒定的气流,不受系统压力影响。它们捕获固定体积的空气并以机械方式(如活塞或旋转螺杆)来压缩空气。
此类压缩机即使在较低转速下也能提供较高的压力比,非常适合用量不大、需求稳定的应用场景,如制造业和汽车工业。其设计简单,确保了出色的可靠性和维护便捷性。
动力式压缩机(涡轮压缩机)
- 可变流量
- 可变压力
- 高速运行
- 面向大流量应用
- 采用先进的设计
动力式压缩机通过高速旋转的叶片来压缩大量空气。
其流量和压力随运行速度变化,适用于大流量应用场景,如发电和暖通空调。其设计复杂,经过优化能以可变流量实现高效、高速运行。
什么是容积式压缩机?
一个简单的容积式压缩机示例是自行车打气筒,空气被吸入气筒,通过移动的活塞进行压缩。活塞式压缩机的工作原理与之相同,它们都使用活塞,活塞的往复运动依靠连杆和旋转曲轴完成。
如果活塞只有一侧起压缩作用,那么这种压缩机叫做单作用压缩机。如果活塞的顶部和底部都起压缩作用,那么这种压缩机就叫做双作用压缩机。压力比指的是进排气道处气体绝对压力之间的关系。
因此,若某台机器进气压力是一个大气压(1bar(a)),然后把气体压缩到7bar,那么这时此压缩机的压缩比就是(7+1)/1=8。
容积式压缩机的类型
- 往复(活塞式)压缩机:由曲轴驱动活塞在气缸内压缩空气的压缩机。
- 轨道(涡旋)压缩机:由两个相互交错的螺旋形涡盘平稳压缩空气的压缩机。
- 螺杆压缩机:由两个旋转的螺杆连续压缩空气的压缩机。
- 旋齿式压缩机:由两个反向旋转、非接触的齿形转子压缩空气的压缩机。
- 旋片式压缩机:由带有滑动叶片的转子在圆柱形腔室内压缩空气的压缩机。
在下面的两个图表中,您将分别看到理论压缩机的压力-容积关系以及活塞式压缩机的真实图表。
冲程容积就是汽缸活塞容积,活塞在吸气阶段在汽缸内移动。余隙容积指的是进气阀排气阀与活塞之间的体积,由于机械原因它处于活塞顶部的空间。
冲程容积与吸入体积之间的不同之处在于留在余隙容积中的气体在吸气之前就可以开始。理论p-V图与实际p-V图之间的不同在于压缩机的实用设计,例如活塞式压缩机。
气阀密封从来不完全,在活塞裙部与汽缸壁之间总存在泄漏。另外,气阀也不能实现没有延迟的完全打开与完全关闭,这就会造成气体通过输送管道时压力会下降。这种设计也会使气体进入汽缸时会被加热。
什么是动力式压缩机?
动力式压缩机,气体流动的同时压力也在增加。由于叶轮中旋转叶片的转动,气体流动加速到很高的速度。然后气体在扩散器中膨胀减速,其速度转化为静态压力。
气流的主要流向决定压缩机的属性,即径向压缩机还是轴向压缩机。与容积式压缩机相比,动力式压缩机有这么一个特性:工作压力的较小变化会引起气体流速的较大变化。
每个叶轮都存在一个上限流速和一个下限流速。上限指的是气体流速达到声速,下限指的是反压大于压缩机积聚压力,这时气体在压缩机内部回流,会产生爆震、噪音和机械损伤危险。
要详细了解动力式压缩机的调节方式以及如何优化其性能,请阅读这篇关于动力式压缩机调节方式的指南。
动力式压缩机的类型
- 离心式压缩机:利用旋转叶轮使空气加速,然后通过扩散器将空气速度转化为压力。
- 轴向压缩机:使空气沿旋转轴线平行流动并压缩空气,常用于喷气发动机和高速应用场景。