容积式压缩机

第二章容积式压缩机2.1往复压缩机的基本构成和工作过程2.2往复压缩机的热力和动力性能2.3往复压缩机主要零部件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2.1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2.1.1.1总体结构和组成2.1.1.2机构学原理和构成2.1.1.3汽缸基本形式和工作腔2.1.1.4压缩机结构形式和特点2.1.2压缩机级的工作过程L型爆炸图2z1.5/8型运动图V型爆炸图工作腔部分气缸、气阀、活塞、活塞环、填料函传动部分连杆、曲轴、十字头、活塞杆、平衡重机身部分支撑气缸和传动零件的部件2.1.1.1基本构成和工作原理辅助设备中间冷却、润滑、气量调节、安全阀、滤清器、缓冲罐机身气阀连杆曲轴2.1.1.2机构学原理和构成1—气缸盖，2—排气阀，3—进气阀，4—气缸，5—活塞2.1.1.3汽缸基本形式和工作腔汽缸形式：单作用、双作用、级差式（平衡腔）2.1.1.4压缩机结构形式和特点压缩机结构形式：立式、卧式、角度式。2.1.1.4往复压缩机特点1.适用范围广（P、Q)，热效率高。2.稳定性好、适应性强、通用性好（ρ、P对性能影响小）3.结构复杂、易损件多、维修量大。4.排气不连续，易引起气柱及管道振动。2.1.2压缩机级的工作过程2.1.2.1级的理论循环2.1.2.2级的实际循环2.1.2.3多极压缩2.1.2.1级的理论循环1.理论循环的特点（假设）2.理论循环的过程及进气量3.理论循环的指示功1.理论循环的特点（假设）•无余隙，气体全部排出•气体经过进排气阀无损失，温度、压力与进排气管相同。•气体为理想气体，压缩过程中过程指数不变，与外界无热交换•气缸无泄漏•压缩过程为等温或绝热2.理论循环的过程及进气量P2P1m=kkPVconst进气量：Vs=Aps(2-1)压缩过程中容积、温度与压力的关系mmVPVP2211m=1等温过程m=k绝热过程m=m多变过程11212()mpVVpmmppTT11212)(当m=k时1211211212)()(kkkVVTTppTT或当m=1时为等温过程21TTm与气缸冷却、吸热、放热有关。PVnRT∵∴3.理论循环指示功21211122ppVViVdpVppdVVpW对于理想气体绝热压缩过程：.constpVk积分得：]1)[(111211kkippkkVpW多变压缩时：.constpVm]1)[(111211mmippmmVpW(2-3)功的符号定义：活塞对气体做功为正，如压缩、排气过程(2-2)1211lnppVpWi.pVconst等温压缩时：若考虑实际气体的影响Z，以kT代替(书5-8)中k得：121112112]1)[(1ZZZppkkVpWTTkkTTadZ1、Z2分别是进排气状态的修正系数(2-4)(2-5)例题2-1有一压缩机理论进气量1.2m3，T1=38ºC，P1=0.1MPa，P2=0.26MPa，m=1、1.2、1.4，计算Wi解：m=1：m=1.2：m=1.4:2111ln191kJipWpVp1238TTC12111[()1]207.2kJ1mmipmWpVmp12211()91.1mmpTTCp12111[()1]219.7kJ1kkipkWpVkp12211()122kkpTTCp习题11.当0.01m3的空气在压力P1=1MPa（绝），温度t=25ºC时，在具有活动活塞的气缸内膨胀至0.1MPa（绝），求（1）终容积（2）终温度（3）气体做功（按m=1，1.2，1.4计）2.1.2.2级的实际循环1.实际循环与理论循环的差别2.实际循环的进气量3.实际循环的指示功1.实际循环与理论循环的差别•气缸有余隙容积，气体不可能排净，吸入前气体先膨胀，使吸气量下降。•进排气阀有阻力。（d点开始吸，b点开始排。）•压缩及膨胀过程热交换不稳定，有温差，m为变值。（cd线放→吸（mk)，ab线吸→放（1mk))•气缸存在泄漏。（泄漏点：活塞环、填料函、气阀起闭不及时）•背压对吸排气压的影响•实际气体性质不同于理想气体汽缸余隙容积0sVpTlsvsVVVηv为容积效率，λv为容积系数，λp为压力系数，λT为温度系数，λl为泄漏系数2-112.实际循环的吸气量由于实际循环和理论循环存在差异，将影响压缩机的性能。排出的气体因泄漏而小于进气量。活塞每个行程吸入的气量若折合成原始的压力P1和温度T1，则比行程容积Vs小。实际循环的吸气量可表示为：TpVshhssVVVVVV1'1121111[()1]1(1)honhnVVVpVp•容积系数对实际气体考虑可压缩性系数1211(1)nVZZ(2-13)(2-6)(2-12)•吸气系数•压力系数2''11sspssVPVVVP一般取0.95~0.98，级数高取0.98~1•泄漏系数λl，一般取0.90~0.98（有油），0.85~0.95(无油）泄漏：内，高压级低压级，不影响排气量外，气体直接漏入大气，Vd(填料函、气阀、活塞环）•温度系数λT，一般取0.92~0.98按图2-12选取。进入气缸的气体因吸热体积膨胀减少了进气量。热源：气缸、气阀、热力损失转化；影响热交换因素(1)εT2T气缸λT(2)气体性质：导热系数传热快，λT(3)气缸冷却好，λT(2-14)影响排气量因素：Vs（Vs=sπD2/4或sπ（2D2-d2）/4)，n，λv，λp，λT，λl提高排气量措施：（1）a（V0）（2）气缸冷却好（3）DS（受强度、动力限制）（4）n效果好（N电机易损件寿命惯性力振动）3实际循环的指示功理论循环与实际循环有差别，也影响了实际循环指示功。1(1)sspp110(1){[(1)]1}1nnisvhnWpVn式中：δs为吸气相对压力损失；δd为排气相对压力损失；δ0≈δs+δd；由图2-14选取n=（0.95~0.99）k。高压级n=k，若汽缸冷却良好，nk，若介质为氟利昂或喷液冷却n=1.1~1.2。(2-17)ε理论ε’实际2(1)ddpp思考题：1.什么是理论循环？它有哪几个过程组成？2.如何理解实际循环的特点，试用示功图加以说明。3.排气量受哪些因素的影响？如何提高排气量？2.1.2.3多级压缩2.1.2.3.1多级压缩的理由2.1.2.3.2级数的选择2.1.2.3.3压力比的分配2.1.2.3.4各级工作容积的确定2.1.2.3.1多级压缩的理由所谓多级压缩即将气体的压缩过程分在若干级中进行，并在每级压缩后将气体导入中间冷却器冷却。12211()mmpTTp11(1)nv高压级缸径D气体力PπD2/4运动机构轻巧，η，但结构复杂，增加尺寸、重量及管路、气阀、阻力损失采用多级压缩的理由：1.降低排气温度2.提高气缸容积系数3.节省功耗，多级压缩接近等温线。4.降低最大气体力2.1.2.3.2级数的选择大中型压缩机级数的选择，一般以最省功为原则。小型移动压缩机也应注意节省功耗，但往往以重量为主要矛盾，级数选择多取决于每级允许的排气温度。在排气温度允许范围内尽量选择较少级数，以利于减轻重量。对于一些特殊气体，其化学性质要求排气温度不超过某一温度，级数的选择也取决于每级允许达到的排气温度。下表是往复压缩机级数与终了压力间的关系实际压力比因压力损失、余隙影响、冷却不完善与最佳压力比不等。实际选取时应考虑：I级ελvVｓ０；若T1很低，为了控制排温，ε末级ε以使气量调节时有上升空间。对气体冲瓶用压缩机ε使各级活塞力均匀考虑级间压力的工艺要求2.1.2.3.3压力比的分配1.最佳压力比根据最省功的原则，可得ｚ级压缩的最佳压力比为：２．实际压力比分配dzisPP(2-1７)思考题：1.试述使用多级压缩的利弊。2.多级压缩的级数及压力比如何确定？3.转速对压缩机有何影响？2.2往复压缩机热力和动力性能2.2.1压缩机的热力性能和计算2.2.2压缩机的动力性能和计算2.2.1压缩机的热力性能和计算2.2.1.1排气压力和进排气系统2.2.1.2排气温度和压缩终了温度2.2.1.3排气量和供气量2.2.1.4压缩机热力分析和计算2.2.1.5功率和效率2.2.1.1排气压力和进排气系统压缩机的吸气和排气压力分别指第一级吸入管道处和末级排出接管处的压力。因为压缩机采用的是自动阀，气缸内压力取决于进、排气系统的压力，所以吸排气压力是可变的。压缩机铭牌上的吸排气压力是指额定值，实际上只要机械强度、排气温度、原动机功率及气阀工作许可，它们是可以在很大范围内变化的。用气量供气量，压力下降用气量供气量，压力上升进气系统：a.p1(eg大气压)、p2为常数(系统连续稳定耗气)；b.进气压力为定值，排气系统为有限容积；c.进气系统为有限容积，排气压力恒定；d.进排气系统均为有限容积。ε冷却效果mT2油粘度润滑性能挥发性气阀管道积炭，易氧化，爆炸。一般T2160~180ºС；湿氯气100ºС，干氯气130ºС；乙炔100ºС；石油气100ºС;无油润滑180ºС。2.2.1.2排气温度和压缩终了温度压缩机的排气温度是指压缩机末级排出气体的温度，它应在末级气体出气管处测得。多级压缩机末级之前各级的排气温度称为该级的排气温度，在相应级的排气管处测得。排气温度需要加以限制：2.2.1.3排气量和供气量压缩机的容积流量，通常指单位时间内压缩机最后一级排出的气体，换算到第一级进口状态的压力和温度时的气体容积值，单位m3/h或m3/min。按照容积流量的定义，利用实际测得的末级容积流量值，可按下式求容积流量：容积流量随压缩机的进口状态而变，不反应压缩机所排气体的物质数量。将容积流量折算到标准状态（p0=0.1013MPa，T0=0°C）下的干气容积值，此值称供气量或标准容积流量。供气量与容积流量的关系：111dssvvdvvcsddpTZqqqqpTZ冷凝抽气11001savNvsppqqTpT2.2.1.4压缩机热力分析和计算(1)析水问题当满足下式时，一级排气冷却后有水析出。i级的析水系数：（2-30）111saiiisaippppppλφi—i级的析水系数，该级前所有析出的水分，折合成水蒸气容积与该级吸进的干气容积之比；psa1、Psai—1（i）级进气温度下的饱和蒸汽压力，Pa；p1、Pi—1（i）级的进气压力，Pa；φ—第一级吸入气体的相对湿度。（2）各级泄漏见2.1.2.2第二点（ppt28）（3）级间抽气将压缩系统中的气体抽去或补充部分。λci—i级前的抽气系数，该级前因洗涤或其它用途除去的气体，折合成该级进气压力与温度下的气体体积与该级容积之比；（2-35）多级压缩的供气量、排气量、理论排气量与各系数间的关系（4）工作容积计算压缩机第一级工作容积为：按照前一级排出的气体为下一级吸进的原则，任意i级的工作容积：11vsvqVnqv—压缩机的容积流量，m3/min；n—压缩机转速，rpm；ηv1—第一级容积效率，11111vVpTl111icivsisisisivisqTZpVnpTZZs—压缩性系数，理想气体为1；2.2.1.5功率和效率指示功：压缩机用于压缩气体所消耗的功摩擦功：压缩机用于克服机械摩擦所耗功轴功：指示功与摩擦功之和，即主轴需要的总功；功率：单位时间所耗功比功率：排气压力相同的机器，单位容积流量所消耗的功。影响指示功率的因素，由（2-17）分析a.进气温度T1（热交换,影响m）b.λφ析出水分c.δs压力损失d.n转速e.Z压缩性系数影响f.膨胀指数m和余隙容积α的影响压缩机任意级指示功率：10{[(1)]1}601mmijsiVisinmNpVm(2-17)机械效率与轴功率ZimaNNNN（Na为附属机构