过程流体机械2容积式压缩机(21节)

§2容积式压缩机•容积式压缩机依靠工作腔容积的变化来压缩气体，工作腔容积的变化是由运动部件的周期运动来实现的。分为：往复式压缩机和回转式压缩机。•容积式压缩机的特点①机器转速的改变对工作容积的变化规律没直接影响，故压力与流量关系不大，工作稳定性较好；②气体的吸入、排出与气体性质无关，故适应性强、易达到较高压力；③机器热效率高（因为泄漏少）；④结构复杂，往复式的易损件较多；⑤气体脉动大，易引起气柱、管道振动。——主要讲解往复式压缩机§2.1往复压缩机基本构成和工作过程§2.2往复压缩机热力和动力性能§2.3往复压缩机气阀和密封§2.4往复压缩机调节和其他附属系统§2.5往复压缩机选型和结构实例§2.6回转式压缩机§2容积式压缩机§2.1往复压缩机基本构成和工作过程内容提要往复压缩机理论循环和实际循环的区别？往复压缩机总体结构？往复压缩机的工作过程？为什么要采用多级压缩？§2.1往复压缩机基本构成和工作过程§2.1.1基本构成和工作原理结构示意图：立式L型H型L型动画V型动画机构学原理图：有十字头、无十字头总体构成：视频•工作腔部分汽缸、气阀、活塞•传动部分曲轴、连杆、十字头、活塞杆、十字头销、曲柄销•机身部分支承（连接）气缸与传动部分•辅助部分润滑、冷却、调节、安全阀、消音器、滤清器、缓冲器汽缸的基本形式单作用：活塞只有一个工作面，活塞和汽缸构成一个工作腔。双作用：活塞有两个工作面，活塞和汽缸构成两个工作腔（两个工作腔进行相同级次的压缩）级差式：活塞和汽缸构成两个或两个以上工作腔（工作腔内进行不同级别的压缩）级：完成一次气体压缩称为一级平衡腔：不进行气体的压缩的容积腔，其中通入适当压力的气体，以使活塞往返行程中的活塞力比较均衡。§2.1.1基本构成和工作原理压缩机结构形式•列：把一个连杆对应的一组汽缸及相应动静部件称为一列（几个连杆就是几列）；一列可能对应一个汽缸，也可能对应串在一起的几个汽缸。•根据汽缸中心线与地平面的相应位置，可分为：立式、卧式、角度式•对动式：汽缸分布在曲轴两侧，两侧活塞运动两两相向；对置式：汽缸分布在曲轴两侧，两侧活塞运动不对称。§2.1.1基本构成和工作原理2.1.2.1级的理论循环循环:一次进气、压缩、排气过程为一次循环。（曲轴旋转一周，活塞往复运动一次，气缸内相继实现进气、压缩、排气的过程，即完成一工作循环）级的理论循环的特点：•①气阀无压力损失，且进、排气压力无波动。•②压缩过程为绝热或等温过程。•③所压缩气体为理想气体，压缩过程指数为定值。•④被压缩气体全部排出汽缸。•⑤无泄漏。基本概念：•①内止点（下止点）•②外止点（上止点）•③进程—走向外止点•④回程—走向内止点•⑤行程—两止点间距离•⑥示功图（P-V图）§2.1.2压缩机级的工作过程1.理论循环级的进气量（行程容积）行程容积=活塞迎风面积×行程理论进气量=行程容积2.理论循环指示功（活塞对气体做功为“正”）指示功：完成一个循环所需要的外功。功＝力×位移SAVps§2.1.2.1级的理论循环221121VpdVpVppVSApVVp排气过程功：）（压缩过程功：吸气过程功：，功（2-1）1SVV§2.1.2.1级的理论循环JVdppdVVpVpWppVVi2121112212111[()1]1kkiadpkWpVkp指示功：绝热过程:11111()kkkkpVpVpVVp代入式（2-2）可得：（2-2）（2-3）等温过程:2111lniispWpVp多变过程:§2.1.2.1级的理论循环11111()nnnnpVpVpVVp1111pVpVpVVp（2-4）代入式（2-2）可得：代入式（2-2）可得：12111[()1]1nnnpWpVnp§2.1.2.1级的理论循环一.级的实际循环的特点：①进、排气阀有损失;进、排气阀阀腔不是无限大，有压力波动;工作容积间断吸气和排气，有压力脉动（实际进气压力低于名义值；实际排气压力高于名义值）（进、排气过程由直线变为曲线）②有余隙存在–活塞与气缸端面–活塞环、气缸、活塞间隙–汽缸与气阀的通道（见教材P46：图2-40）–活塞杆与汽缸底座的间隙（在填料以前部分）（实际循环有一个膨胀过程）§2.1.2.2级的实际循环③过程指数不是定值（由于冷却和热惰性因素，壁面温度基本恒定）吸气—吸气过程气体吸收热量排气—排气过程气体放出热量压缩—压缩过程为多变过程，压缩过程指数为变量（吸热压缩绝热压缩放热压缩）膨胀—膨胀过程为多变过程，膨胀过程指数为变量（放热膨胀绝热膨胀吸热膨胀）④有泄漏⑤非理想气体，为实际气体⑥进气或排气系统为固定密封容积§2.1.2.2级的实际循环§2.1.2.2级的实际循环二.实际循环级的进气量容积系数—由于余隙容积气体膨胀使进气量减少的程度压力系数—由于进气压力降低使进气量减少的程度温度系数—由于进气温度升高使进气量减少的程度§2.1.2.2级的实际循环1SvSVV21SpSVV32StSVV（2-8）（2-7）（2-6）吸气系数=容积系数×压力系数×温度系数即：实际进气量：SsstpvsVVV3123312SSSSsvptSSSSVVVVVVVV（2-9）§2.1.2.2级的实际循环1.容积系数理想气体：实际气体：1111111sc111mmsssssvVVVVVVVVV11134mVZZ（2-10）•影响λv的因素(Vs一定时)：1）α§2.1.2.2级的实际循环（2-11）2）ε3）mv进气压力(绝压)105Pa任意k值时k=1.4时1.5m=1+0.5(k-1)m=1.201.5-4.0m=1+0.62(k-1)m=1.254.0-10m=1+0.75(k-1)m=1.3010-30m=1+0.88(k-1)m=1.3530m=km=1.40膨胀过程指数m的确定§2.1.2.2级的实际循环2.压力系数λp11pppppapa，则压力980950..P01980..P吸气结束时，λp与关闭状态的弹簧力、进气管道中的压力波动有关。一般取：Ⅰ级其它级3.温度系数λt§2.1.2.2级的实际循环λt与冷却好坏、该级的压比有关。一般取：λt=0.92－0.98。(参考图2-12)三.实际循环指示功•设膨胀过程指数=压缩过程指数，即：ｍ＝ｎ，且为定值；•进气相对压力损失：(根据图2-14取值)排气相对压力损失：进、排气总压力损失：0sd22dpp11spp§2.1.2.2级的实际循环2201100(1)1(1)(1)1111ddssdsdspppp（2-16）12111112111121111211110()[()1]1()[()1]1[()1]1(1)(1){[]1}1(1)(1){[(1)]1}1nnicSmmcnnSndnsVSsnnsVSpnWpVVVnppmpVVmppnpVnppnpVnpnpVn级的实际循环指示功：（1）对于理想气体：（2）对于实际气体：112101(1){[(1)]1}12nnisVSZZnWpVnZ（2-17）（2-18）其中：§2.1.2.2级的实际循环多级压缩一、多级压缩的理由①省功•省功的原因–有中间冷却器.见图•回冷完善的定义•注意–因冷却不完善使气体温度比原始温度每增高3℃，约使下一级功耗增加1％。–理论上，级数越多，越接近等温压缩，越省功。§2.1.2.3多级压缩②降低排气温度T2T2过高，则：润滑油失效（变质、粘性下降）,积炭。腐蚀、爆炸。§2.1.2.3多级压缩④降低活塞力•因为级间冷却→进每级的气量容积↓→每级的活塞截面积↓→每级活塞力↓–例如：见图»进气压力：0.1MPa»出口压力：0.9MPa③提高λv§2.1.2.3多级压缩二、级数的选择①级数多，危害在于：•结构复杂•设备费用多•摩擦损失、流动损失多•中间冷却装置多，动力费用多②确定级数的原则是：•大、中型—省功•小型移动式—重量，省功•排气温度限制»结论：一定的排气温度下，尽可能少级数、少重量。§2.1.2.3多级压缩三、压比的分配–假设：–不考虑气体可压缩性的差异；–不考虑压力损失、余隙影响；–各级多变压缩指数相等；–回冷完善。–压比的分配的原则–多级压缩中，各级压比相等，则各级消耗功相等，而压缩机的总功耗最小。–压比分配的表达式为：§2.1.2.3多级压缩•注意：有时ε1，ε2，ε3，、、、、、、εZ不等，但是,仍符合上式。实际压比分配中，按照：•实际工艺要求；•压比受平衡力的限制；•ε1取小些，以使λv1↑，Vs1↑,取即εZ取小些，使调气量时，不致T2太大。破坏等压比分配原则的代价:功耗大§2.1.2.3多级压缩•例题：第一级进气体积为1m3的空气由0.1MPa两级压缩到0.9MPa，如果中间冷却完善，求：（1）等压缩比分配时的绝热压缩理论耗功;（2）一级压比为2.5，二级压比为3.6时的绝热压缩理论耗功。•解：因为中间冷却完善,所以所以1112111222(1)(1)11kkkkiiiSSSSkk12SSTT11012202SSSSSSPVNRTPVNRT111211122211.4161.4111(1)(1)111.42(1)20.11013111.41258116.67kkkkiiiSSSSkkSSkk（）1122SSSSPVPV120.930.1（1）1112111222111111121.411.41661.41.4(1)(1)11(1)(1)111.41.40.11012.510.11013.611.411.41104742.13154674.8259416.93kkkkiiiSSSSkkkkSSSSkk（）+（）（2）两者相差：259416.93-258116.67=1300.26J第1题：教材p97习题1第2题：第一级进气体积为5m3、温度为20℃、压力为0.1MPa的空气经活塞式压缩机两级压缩至0.9MPa，两级压缩比相等。求：（1）如果中间冷却完善，求绝热压缩时第二级理论排气温度；（2）如果第一级冷却后空气温度为25℃，求绝热压缩时一个循环所需要的理论耗功。作业•往复压缩机机构学原理图（有十字头）：往复压缩机机构学原理图（无十字头）：•阀片的开启、关闭由汽缸内外气体压力差与弹簧力控制；•弹簧作用：主要帮助阀片关闭，同时减轻阀片与升程限制器的撞击进气压力：0.1MPa出口压力：0.9MPa设：截面积：•往复压缩机总体结构复习上节主要内容•汽缸的基本形式单作用双作用级差式平衡腔：不进行气体的压缩的容积腔，其中通入适当压力的气体，以使活塞往返行程中的活塞力比较均衡。复习上节主要内容•压缩机结构形式立式卧式角度式几个概念：列、对动式、对置式复习上节主要内容复习上节主要内容•压缩机理论循环：•理论循环指示功压缩过程为绝热过程时指示功压缩过程为等温过程时指示功复习上节主要内容kgJppRTkkwkkad111121CpVVpVpkkk2211CpVVpVp2211kgJppRTwis211lnJVdppdVVpVpWppVVi21211122复习上节主要内容一级的理论循环和实际循环的比较1.级的理论循环特点：①进、排气过程无压力损失，