第5章-活塞式壓縮機慣性力平衡1

1、1壓縮機慣性力的平衡慣性力及慣性力矩的平衡單列壓縮機（1）旋轉(zhuǎn)慣性力的平衡 oromom r20IrrFm r2若在曲柄的相反方向距離曲軸旋轉(zhuǎn)中心的位置安裝一塊平衡質(zhì)量為 ，使平衡質(zhì)量產(chǎn)生的離心力，與旋轉(zhuǎn)慣性力大小相等而方向相反，即00rrmmr則旋轉(zhuǎn)慣性力被平衡掉 rm rm r220 02平衡重點安裝方式平衡重點安裝方式3 （2 2）往復慣性力的平衡及轉(zhuǎn)移）往復慣性力的平衡及轉(zhuǎn)移osprrmm)5 . 03 . 0(在單列臥式壓縮機中常將一階往復慣性力的3050轉(zhuǎn)移至水平方向，其平衡質(zhì)量pm在立式壓縮機中常將一階往復慣性力的1520轉(zhuǎn)移至水平方向，其平衡質(zhì)量(0.15 0.2)psormm

2、rpm實際上，單列壓縮機的實際上，單列壓縮機的1階往復慣性力采用簡單的方式階往復慣性力采用簡單的方式是無法平衡，二階往復慣性力則根本無法平衡是無法平衡，二階往復慣性力則根本無法平衡單列壓縮機加裝平衡重，只能將一階往復單列壓縮機加裝平衡重，只能將一階往復慣性力轉(zhuǎn)過慣性力轉(zhuǎn)過9004 從理論上講，可以用圖所示的正反轉(zhuǎn)質(zhì)量平衡系統(tǒng)來實現(xiàn)往復慣性力的完全平衡。一階正反轉(zhuǎn)質(zhì)量的轉(zhuǎn)速與壓縮機的轉(zhuǎn)速相同，它們在水平方向的離心力相互抵消，垂直方向的分力之和等于一階往復慣性力，而方向相反。二階正反轉(zhuǎn)質(zhì)量的轉(zhuǎn)速為壓縮機轉(zhuǎn)速的2倍，即可同樣平衡二階往復慣性力。然而這樣的結(jié)構(gòu)由于過分復雜，迄今在壓縮機中末得到應用。5

3、 總上所述，在單列往復活塞壓縮機中設置平衡質(zhì)量，能夠平衡其旋轉(zhuǎn)慣性力，并轉(zhuǎn)移部分一階往復慣性力?？偟钠胶赓|(zhì)量 為bm臥式壓縮機00(0.30 0.50)bprsrmmmmmr立式壓縮機00(0.15 0.20)bprsrmmmmmr6n多列壓縮機慣性力的平衡 兩列以上的壓縮機稱為多列壓縮機由于列數(shù)較多，可以通過其結(jié)構(gòu)的合理布置，使慣性力得到部分或者全部平衡。常見的平衡方法有兩種，一種是通過各列曲拐錯角的合理配置；另一種是在同一曲拐上配置幾列氣缸，通過各列氣缸中心線夾角的合理布置。 列指氣缸中心線數(shù)或者連桿數(shù)在多列壓縮機中，各列的慣性力組成了一個空間力系，因在多列壓縮機中，各列的慣性力組成了一個

4、空間力系，因而除了出現(xiàn)慣性力的平衡問題外，還出現(xiàn)了慣性力矩的平而除了出現(xiàn)慣性力的平衡問題外，還出現(xiàn)了慣性力矩的平衡問題。衡問題。7 立式或臥式壓縮機第一列各慣性力為cosIISsFm r22cosISsFm r2rrFm r2第二列的慣性力，若以第一列曲柄轉(zhuǎn)角 為基準，則得cos()IISsFm r2180cos ()IISsFm r22 180rrFm r2兩列曲拐錯角為兩列曲拐錯角為1800壓縮機壓縮機特點：氣缸中心線平行配置在曲軸同一側(cè)8 將兩列的慣性力分別轉(zhuǎn)化到系統(tǒng)的質(zhì)心平面ss上則得合力和合力矩如下()cosIssFmm r2一階往復慣性力的合力二階往復慣性力的合力()cosIIss

5、Fmmr 22旋轉(zhuǎn)慣性力的合力()rssFmm r2一階往復慣性力的合力矩()cosIssMm bm c r2二階往復慣性力的合力矩()cosIIssMm bm cr 22旋轉(zhuǎn)慣性力的合力矩()rrrMm bm c r29 sssmmm如果兩列的往復運動質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)運動質(zhì)量均相等，即rrrmmm并且 bca2，則得IF 0cosIIsFm r222cosIsMm ra2IIM 0rrMm ra2()cosIssFmm r2()cosIIssFmmr 22()cosIssMm bm c r2()cosIIssMm bm cr 22()rrrMm bm c r2()rrrFmm r2rF 010 由

6、此可見，倘若兩列的往復運動質(zhì)量，旋轉(zhuǎn)運動質(zhì)量相等，就可以使一階往復慣性力、二階往復慣性力矩和旋轉(zhuǎn)慣性力得以平衡。其中一階往復慣性力的影響最大，能夠完全平衡是很重要的。為此，在壓縮機設計時，往往把低壓列的大活塞采用鋁制或焊接結(jié)構(gòu)而把高壓列的小活塞制成實心的鑄鐵活塞，以保證兩列往復質(zhì)量相等，從而達到完全平衡一階往復慣性力的目的。 由于每列的曲柄連桿機構(gòu)都取相同的式樣、尺寸，它自動地使每列的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量相等。 另一影響較大的是一階往復慣性力矩不能平衡而只能用縮小列間距離來減小其數(shù)值。 二階往復慣性力的影響不大，不能平衡而任其存在。 旋轉(zhuǎn)慣性力矩則可以用加裝平衡重的方法子以平衡。不能平衡的慣性力和慣性力矩

7、的極值與相對應的轉(zhuǎn)角位置可以如下求出11sin=20minIIsFm r 22cosIIsFm r222求導求導二階往復慣性力的極值位置為二階往復慣性力的極值位置為0000=0 90 180270、 、或?qū)?值代入：值代入：當當 =00 或者 =1800時當當 =900 或者 =2700時maxIIsFm r22cosIsMm ra2sin =0求導求導當當 =00 時當 =1800maxIsMm ra2minIsMm ra212 兩列曲拐錯角為兩列曲拐錯角為900壓縮機壓縮機第一列各慣性力為cosIISsFm r22cosISsFm r2rsFm r2第二列的慣性力，若以第一列曲柄轉(zhuǎn)角 為

8、基準，第二列超前第一列900第一列各慣性力為cosIISsFm r22cosISsFm r2rrFm r2cos()sinIISssFm rm r 2290cos ()cosIISssFm rm r 222 902rrFm r2第二列各慣性力為13 IIF 0當兩列的往復運動質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)運動質(zhì)量相等，b=c=a/2往復慣性力與旋轉(zhuǎn)慣性力和合力矩(cossin )IsFm r2rrFm r22一階往復慣性力的合力矩(cossin )IrMm ra212二階往復慣性力的合力矩cosIIsMm r22旋轉(zhuǎn)慣性力的合力矩()()rrrrMm rbm rcam r222222214由上述計算可知， 兩列壓

9、縮機，僅二階往復慣性力在機器中得到平衡，但兩列為雙作用時，可得到較為均勻的切向力曲線，這對于大型壓縮機減小飛輪尺寸是有利的，所以常為兩列雙作用采用，兩列均為單作用的壓縮機取0900180(cossin )IsFm r2cossin 0一階往復慣性力的極值位置1tg 01350315IminSFm r 22ImaxSFm r22一階往復慣性力合力矩的極值位置15 1tgsincos 0(cossin )IrMm ra21204502252I22maxsMm ra2Im22ixsMm ra 二階柱復慣性力合力矩的極值和相應的轉(zhuǎn)角位置也可用同樣方法求得旋轉(zhuǎn)慣性力合力及合力矩可在每個曲柄上裝平衡重的方

10、法加以平衡16 120曲拐錯角為 的三列立式（或臥式）結(jié)構(gòu)假設各列往復、旋轉(zhuǎn)質(zhì)量分別相等，即 123ssssmmmm123rrrrmmmm則可得到合成后的一、二階往復慣性力 及旋轉(zhuǎn)慣性力 列間距相同17 ,1,2,3222123coscos(120)cos(240)0IsIsIsIssssFFFFm rm rm r,1,2,3222123coscos2(120)cos2(240)0IsIsIsIssssFFFFm rm rm r0IrF 22(coscos(240)3( 3cossin )2IsssMam ram r23( 3cos2sin2 )2IssMa m r23IrrMam r18 合

11、成后的往復慣性力矩不等于零，會形成振動激發(fā)源，合成后的旋轉(zhuǎn)慣性力矩盡管不為零，但可以通過加平衡質(zhì)量的方法平衡?？傮w講，這種結(jié)構(gòu)型式的慣性力（矩）平衡效果也是很不錯的。兩列對動式結(jié)構(gòu)兩列對動式結(jié)構(gòu)19 這樣布置的壓縮機通常稱為“對稱平衡型”壓縮機，這種壓縮機雖然曲拐錯角也為1800，但兩列缸對稱布置于曲軸兩側(cè)，與兩列氣缸在曲軸同側(cè) 的情況不同。按活塞處于外止點時曲柄銷轉(zhuǎn)角 的規(guī)定，兩列的轉(zhuǎn)角是相同的（ ）。同時兩列的運動方向相反，所以從整個機器看兩列的往復慣性力的方向是相反的其合力為：0=00=18012=20 如果兩列的往復質(zhì)量、旋轉(zhuǎn)質(zhì)量各自相等，即 12sssmmm12rrrmmm， 22,

12、1,212coscos0IsIsIsssFFFm rm r22,1,212cos2cos20IsIsIsssFFFm rm r22,1,2120IrIrIrrrFFFm rm r由于兩列對動式結(jié)構(gòu)的氣缸中心線并不重合，往復、旋轉(zhuǎn)慣性力都會產(chǎn)生不平衡的慣性力矩，分別為其中一列的慣性力與列間距的乘積 21 多列對動式結(jié)構(gòu) 13sssmmm22ssmm慣性力和力矩均能平衡兩列往復、旋轉(zhuǎn)質(zhì)量各自相等時，兩列對動式結(jié)構(gòu)的慣性力（矩）平衡效果是相當好的 22 多列對動式結(jié)構(gòu) 一些大型壓縮機利用兩列對動式結(jié)構(gòu)在慣性力平衡上的優(yōu)勢，采用三列及三列以上的對動式結(jié)構(gòu)，通過合理配置曲拐錯角，能將慣性力矩也平衡掉 1

13、3sssmmm22ssmm當各列往復運動質(zhì)量滿足， 三列對動式結(jié)構(gòu)四列對動式結(jié)構(gòu)當各列往復運動質(zhì)量滿足1234=ssssmmmm23 多置式壓縮機結(jié)構(gòu) 對置式壓縮機的氣缸置于機身的兩側(cè)，對置式壓縮機的氣缸置于機身的兩側(cè)， 但相對列的活塞部件運動不對稱但相對列的活塞部件運動不對稱。 根據(jù)運動的特點分為三種類型：根據(jù)運動的特點分為三種類型：1、主副連桿的對置式壓縮機（與單列或者多列的立式相同）、主副連桿的對置式壓縮機（與單列或者多列的立式相同）2、連桿并列的對置式壓縮機（可以看作是氣缸軸線錯開、連桿并列的對置式壓縮機（可以看作是氣缸軸線錯開180度角度式）度角度式）3、各列均有自己的曲拐的對置式壓縮機（參照多列立式）、各列均有自己的曲拐的對置式壓縮機（參照多列立式）適用范圍： 大型壓縮機應用非常的普遍。臥式壓縮機對安裝和基礎的要求高。24 第一種類型，運動情況和單列的壓縮機完全相同，僅往復質(zhì)量為兩側(cè)往復質(zhì)量之和，多列時，其平衡情況與多列立式和臥式壓縮機相同，因為兩側(cè)氣缸在同一軸線上，使氣體力能相互抵消一部分，改善運動機構(gòu)和軸承的受力，超高壓壓縮機采用第二種類型一般均為偶數(shù)列，運動情況與V型壓縮機將夾角擴大到1800相同12s