第四章壓縮機(jī).

1、第一節(jié)活套式壓縮機(jī)的特點(diǎn)和分央-、特點(diǎn)第四章壓縮機(jī)船用壓縮機(jī)的工質(zhì)主要是空氣和制冷劑，特種船舶上還配有二 氧化碳?jí)嚎s機(jī)。本章介紹空氣壓縮機(jī)r啟動(dòng)作為艦船主機(jī)的柴油機(jī)操縱大型柴油機(jī)的換向機(jī)構(gòu)和軸系離合器壓縮空氣 吹洗精密機(jī)件、管路、海底閥、鍋爐煙道 用途報(bào)警系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)和風(fēng)動(dòng)工具的能源充填壓力水柜'艦艇上的火炮操縱和魚(yú)雷發(fā)射空氣壓縮機(jī)是艦船安全航行、保持戰(zhàn)斗力和爭(zhēng)取生存力的重要設(shè)備Marine Auxi1iary Machinery/壓力范圍廣，從低壓到超高壓都適用。工業(yè)中使用的最高壓力已達(dá)350MPa,實(shí)驗(yàn)室中達(dá)lOOOMPa活塞壓縮 效率高。絕熱效率，大型的達(dá)80-85%,小型

2、的為 機(jī)優(yōu)點(diǎn)6570%適應(yīng)性強(qiáng)。排氣量調(diào)節(jié)時(shí)排氣壓力幾乎不變，可在 較大范圍內(nèi)選擇排氣量，特別是排氣量較小時(shí)，速 度型壓縮機(jī)很困難，甚至是不可能主要缺點(diǎn)是：體積大而且重，氣流有脈動(dòng)性，易損零件較多，流 量較小，單機(jī)排氣量一般小于500m3/minMarine AuxiliaTy Machincry氣缸 （形式級(jí)數(shù)活塞壓縮 機(jī)分類工質(zhì)冷卻1方式立式L 臥式W 角度式V單級(jí)多級(jí)空氣（空壓機(jī)）制冷劑 其他氣體水冷排氣壓力排氣量低壓：3 1 Obar 中壓：10 1 OObat 高壓：lOObar以上微型: 小型: 中型: 大型:<lni3/min1 1 OnP/min10 100m3/min&

3、gt;100mVmin風(fēng)冷（空冷）余隙容積：活塞上死點(diǎn)時(shí)活塞與缸蓋間的空間無(wú)余隙容積，無(wú)氣體泄漏，氣閥關(guān)閉及時(shí)理論工作 循環(huán)假設(shè)氣體在進(jìn)排氣過(guò)程中狀態(tài)不變，且沒(méi)有摩擦損失氣體壓縮時(shí)的指數(shù)不變Marine Auxi1理論工作循環(huán)2：PdP吸氣4_1,活塞到達(dá)右止點(diǎn)絕熱12:氣體與缸壁不存在熱交換 壓縮多變12':缸壁有一定程度的冷卻等溫12 :缸內(nèi)氣體溫度始終不變排氣23,活塞到達(dá)左止點(diǎn)每循環(huán)所消耗的功可用P-V圖上的面積4123表示 等溫壓縮做功最小，多變壓縮其次，絕熱壓縮最大Marine Auxiliary Machinery2A" Kyr V；一金匚'Vc使排氣量

4、減少的程度用 容積系數(shù)入V表示保留余隙 容積原因防止水擊事故 1余隙容積Vc的影響"1 排氣結(jié)束V：中氣體膨脹當(dāng)缸內(nèi)壓力低于吸入管中 壓力Ps 定值時(shí)（阻力，吸氣閥彈簧力），氣體吸入缸內(nèi)。由3， 表示.每轉(zhuǎn)減小的排氣體積按進(jìn)口狀態(tài)計(jì)算，用表示， 氣缸工作容積相對(duì)余隙容積W低壓級(jí):0. 07-0.12,中壓級(jí)：0.090.14,高壓級(jí)：0.110.16Vc/V禪大或壓力比兀/幾越高，人越小.一般入v=0. 65 - 0. 90r防止活塞與缸蓋相碰I減少閥片所受的沖擊力氣缸直徑/mm余隙/mm55 900.40 0.5590 1200.50 0.651201500.60 0.751502

5、000.70-1.0船用空壓機(jī)氣缸余隙的一般范圍鬥吸氣時(shí)，氣流要克服氣閥的彈簧力以及流動(dòng)阻力，實(shí)? 進(jìn)氣壓力低于名義進(jìn)氣壓力，進(jìn)氣閥在點(diǎn)"而不是在點(diǎn)"打開(kāi); 吸氣終了壓力P/要達(dá)到名義吸氣壓力Ps需要經(jīng)過(guò)一段預(yù)壓縮這 相當(dāng)于有效行程容積縮小到V"進(jìn)氣管壓力波動(dòng)的影響取決于吸氣終了時(shí)進(jìn)入氣缸的氣流壓力 波的相位和波幅阻力損失對(duì)吸氣能力的影響用 壓力系數(shù)入p表示影響入p的主要因素是進(jìn)氣閥的彈簧力和進(jìn)氣管中的壓力波動(dòng) 過(guò)翼的彈賛使氣閥提前關(guān)閉，降低缸內(nèi)氣體壓力，使Xp下降當(dāng)吸氣終了氣流處于波峰時(shí)能起到增壓作用，使吸氣終了壓力 P1 ' >Ps> 使入

6、P >1當(dāng)吸氣終了氣流處于波谷時(shí)能起到減壓作用，使吸氣終了壓力 P1 ' <ps> 使入 P <1同樣排氣過(guò)程中缸內(nèi)壓力高于排氣管中的壓力進(jìn)排氣阻力損失增加的循環(huán)功可以在P-V圖上表示對(duì)空氣壓縮機(jī)州=0 .95 - 0. 98,較小的值適用于通道截面較小 或具有過(guò)強(qiáng)彈襄的氣閥Marine Auxiliary Machine巧El壓縮開(kāi)始：T壁T氣，熱量從缸壁傳給氣體，吸熱壓縮壓縮后期：T星<T氣，熱量從氣體傳給缸壁，放熱壓縮 各階段換熱情況 排氣過(guò)程：0<T氣，熱量從氣體傳給缸壁，放熱降溫 初期：T壁CT氣，熱量從氣體傳給缸壁，放余隙容積熱應(yīng)脹八 &

7、#39; 八|后期：T>T氣，熱量從缸壁傳給氣體，吸熱膨脹Marine Auxi1iary Machinery吸氣過(guò)程中氣體從缸壁吸熱，溫度高于進(jìn)氣管中的溫度，比Marine Auxi1iary Machinery容較大，折算到名義吸氣壓力和吸氣溫度時(shí)，V$v"使吸氣 能力下降。這種損失稱為預(yù)熱損失，用山表示Marine Auxi1iary MachineryMarine Auxi1iary Machinery缸壁和活塞傳給氣體的熱量"取決于 余隙容積中氣體膨脹終了時(shí)的溫度吸氣過(guò)程中阻力損失（轉(zhuǎn)化為熱量）缸壁溫度的高低主要取決于壓力比。Marine Auxi1iary

8、 Machinery溫度系數(shù)入T與斥力比的關(guān)系對(duì)于小型、氣缸冷卻不良、轉(zhuǎn)速低、氣閥通道阻力大、相對(duì) 余隙容積較大、氣體導(dǎo)熱系數(shù)高的壓縮機(jī)，應(yīng)取較小的口 反之取較大的山Marine Auxi1iary MachineryMarine Auxi1iary Machinery由于氣閥、活塞環(huán)等密封不嚴(yán)而造成泄漏，使排氣星損失 漏泄使壓縮機(jī)排氣量減少的程度可用氣密系數(shù)入I來(lái)衡量 一般入廠090098壓縮過(guò)程和余隙容積氣體的膨脹過(guò)程中，由于氣體溫度不斷 變化，與缸壁熱量交換的多少及熱量的流向也在不斷變化， 其過(guò)程指數(shù)不斷改變。為了方便計(jì)算都以恒定的多變過(guò)程指 數(shù)來(lái)代替輸氣系數(shù)入：各種因素對(duì)輸氣量的影響M

9、arine Auxi1iary Machinery第三節(jié)多級(jí)壓縮和中間冷卻-、單級(jí)壓縮的極限Vc： £越高，U越小。排出壓力Pd越高，膨脹過(guò)程越 長(zhǎng)，有效S越小，當(dāng)Pd達(dá)到一定值后，有效行程為0單級(jí)壓縮 的極限壓縮終了溫度：£越大，排氣終了的溫度越高。當(dāng)其 達(dá)到一定值后，影響潤(rùn)滑系統(tǒng)的工作。（固定式低于 160° C ,移動(dòng)式低于180。C）例如：對(duì)于空氣，T產(chǎn)27° C, e = 8, T2= 212° C （70號(hào)機(jī)油的閃點(diǎn)溫度為200。C,會(huì)有爆炸的危險(xiǎn)）降低冷卻效果：壓縮比越大，壓縮過(guò)程越偏離等溫 過(guò)程Marine Auxiliary

10、Machinery 二、多級(jí)壓舗和中間冷卻1活塞空壓機(jī)壓力比較大時(shí)都采用多級(jí)壓縮，并設(shè)有級(jí)間冷卻 壓縮級(jí)數(shù)越多，經(jīng)中間冷卻后的壓縮過(guò)程越接近等溫過(guò)程總消耗的功最小多級(jí)壓縮I 比的確定1I各級(jí)壓縮終了的溫度相同各級(jí)壓縮比相同時(shí)總消耗的功最小，即第三節(jié)多級(jí)壓縮和中間冷卻第三節(jié)多級(jí)壓縮和中間冷卻Marine Auxi1iary Machinery如果以最省功作為選擇£的依據(jù)，每級(jí)的最佳E 般為24 （使該級(jí)等溫指示效率最高）實(shí)際壓縮過(guò)程后一級(jí)£比前一級(jí)£略小.（后一級(jí)吸氣溫度高 于前一級(jí)；后一級(jí)冷卻不如前一級(jí)；后一級(jí)比前一級(jí)更偏離等 溫過(guò)程）商船的空壓機(jī)額定排出壓力多在

11、3MPn左右，為使空壓機(jī)的體 積、重量較小，裝置不太復(fù)雜，一般不以省功原則為依據(jù)， 而是在排氣溫度允許范圍內(nèi)（冷卻較好時(shí)壓力比允許達(dá)67）, 盡量采用較少的級(jí)數(shù)，故一般為二級(jí)Marine Auxi1iary Machiner一級(jí)壓縮和中間冷卻Marine Auxi1iary MachinerMarine Auxi1iary Machiner二級(jí)壓縮和中間冷卻流程吸氣壓縮冷卻 吸氣壓縮=冷卻排氣Marine Auxi1iary MachinerMarine Auxi1iary Machiner二級(jí)空壓機(jī)流程示意圖Marine Auxi1iary Machiner單級(jí)和二級(jí)壓縮在P-V圖上的理論工

12、作循環(huán)Marine Auxi1iary Machiner單級(jí)壓縮機(jī)，理論工作循環(huán)如Rdfp所示吸入壓力P. 排出壓力g低壓缸將空氣由吸入壓力匹壓縮至級(jí)間 壓力Pz其理論工作循環(huán)如oabno所示; 二級(jí)壓1縮機(jī)低壓缸排氣，定壓冷卻后溫度降低，體積(1) 降低排氣溫度：?jiǎn)渭?jí)壓縮時(shí)壓力比較大，壓縮終點(diǎn)的溫度太高溫度太高會(huì)降低滑油粘度，使?jié)櫥兔芊庑阅芟陆担?使滑油分解，在缸內(nèi)及氣閥上形成結(jié)碳，加劇磨損； 當(dāng)溫度超過(guò)滑油閃點(diǎn)時(shí)，會(huì)有爆炸危險(xiǎn)規(guī)定固定式壓縮機(jī)排氣溫度不超過(guò)160C,移動(dòng)式壓縮機(jī)不超 itl80°C二級(jí)壓縮由于經(jīng)過(guò)中間冷卻，其壓縮終點(diǎn)的溫度比單級(jí)壓縮終 點(diǎn)的溫度要低得多Marin

13、e Auxiliary Machinery(2) 提髙輸氣系數(shù)：?jiǎn)渭?jí)壓縮時(shí)，輸氣系數(shù)入隨壓力比增加而 迅速下降余隙容積等實(shí)際因素的影響使氣缸有效吸氣容積減少。二級(jí)壓 縮時(shí)氣缸有效吸氣容積由Z增長(zhǎng)至oa(3) 節(jié)省壓縮功：二級(jí)壓縮每工作循環(huán)理論上所節(jié)省壓縮功為 面積cbdec與opmno之差Marine Auxi1iary Machiner(4) 減輕活塞上的作用力：?jiǎn)渭?jí)壓縮機(jī)要一次達(dá)到要求的排氣 壓力，活塞受力較大。而多級(jí)壓縮只有高壓級(jí)承受高壓(5) 機(jī)構(gòu)復(fù)雜，零部件增多，體積和重量增加，氣流阻力增加, 機(jī)械效率降低AMarine Auxiliary Machinen活塞式壓縮機(jī)的熱力性能包括

14、排氣壓力、排氣量與輸氣系數(shù)、 排氣溫度、功率和效率等1.排氣壓力壓縮機(jī)的排氣壓力是指最終排出壓縮機(jī)的氣體壓力， 多級(jí)壓縮機(jī)末級(jí)以前的各級(jí)的排出壓力稱為該級(jí)的排氣壓力 或級(jí)間壓力/排氣壓力并非恒定排氣壓力丿 說(shuō)明 1銘牌上標(biāo)出的排氣壓力是指額定排氣壓力 可在額定排氣壓力以下的任意壓力下工作 強(qiáng)度和排氣溫度等允許，也可在超過(guò)額定.排氣壓力下工作Marine Auxi1iary Machiner壓縮機(jī)排氣壓力的高低取決于“背壓”，即排氣系統(tǒng)內(nèi)的 氣體壓力進(jìn)=出系統(tǒng)穩(wěn)定 于某壓力壓縮機(jī)穩(wěn)定 于此壓力排氣系統(tǒng)進(jìn) 出是否平衡進(jìn)出壓縮機(jī)壓力 不斷升高氣體質(zhì)量、壓 力不斷升髙Marine Auxi1iary

15、MachineryMarine Auxi1iary Machinery氣體質(zhì)量、壓 力逐漸降低壓縮機(jī)壓力也降 低，直到進(jìn)出, 穩(wěn)定在新壓力Marine AuxilidTy Machinery多級(jí)壓縮機(jī)的級(jí)問(wèn)壓力也服從上述規(guī)律活塞式壓縮機(jī)中，壓力變化往往是氣量供求變化的反映, 壓力變化是現(xiàn)象，氣量變化是本質(zhì)2 排氣量和輸氣系數(shù)理論排氣量就是活塞行程容積：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)活塞所掃過(guò)的容積單作用氣缸的壓縮機(jī)：匕=tvD2Shz/240m3/s一氣缸直徑，m; J活塞行程，m; n轉(zhuǎn)速，r /min; z第一級(jí)氣缸數(shù)目由于余隙容積、吸氣阻力、吸氣預(yù)熱和漏泄的影響，實(shí)際排 氣量0小于活塞行程容積人，Q/叫稱為

16、輸氣系數(shù)，用入表示(余隙容積引起的損失增加壓縮機(jī)本身沒(méi)有變化，E增加，V漏泄增加 入明顯降低氣缸溫度升高，預(yù)熱損失增加入右065080范圍內(nèi)rine Auxi1iary MachineryMarine Auxi1iary MachineryMarine Auxi1iary Machinery排氣溫度排氣溫度是指最終排出壓縮機(jī)的氣體溫度。排氣溫度不同于 壓縮終了溫度，節(jié)流和熱交換使壓縮終了的溫度降低排氣溫度過(guò)高使滑油粘度過(guò)低，滑油中的輕質(zhì)縮分揮發(fā)，導(dǎo)致 氣體中含油增加，潤(rùn)滑性能惡化，甚至形成積炭，因此一般把 排氣溫度限制在160匸以內(nèi)用自潤(rùn)滑材料做密封元件，排氣溫度則取決于自潤(rùn)滑材料的性 能，如

17、聚四氟乙烯做成的元件，排氣溫度限制在i8(rc以內(nèi)壓縮特殊氣體的壓縮機(jī)，視氣體性質(zhì)而異，需把排氣溫度限制 在更低的范圍內(nèi)Marine Auxi1iarv Machinery排氣溫度是一個(gè)很重要的指標(biāo)。有時(shí)甚至因?yàn)榕艢鉁囟鹊南拗?必須采用較多的級(jí)數(shù)，或者用進(jìn)氣冷卻等措施來(lái)降低排氣溫度4.功率和效率按理論循環(huán)計(jì)算所需功率稱為理論功率?？梢园吹葴乩碚撗h(huán) 或絕熱理論循環(huán)計(jì)算。分別稱為等溫理論功率（用Pt表示）和絕 熱理論功率（用P$表示）比功率N： 一定排氣壓力下，單位排氣量所消耗的軸功率N= P/Q壓縮機(jī)中直接消耗于壓縮氣體的功率稱為指示功率，用Pj表示。 用示功圖測(cè)量計(jì)算得到Marine Aux

18、i1iary MachineryMarine Auxi1iary Machinery理論功率與指示功率之比稱為指示效率，用Hi表示=PJ R指示效率反映了實(shí)際氣體在工作過(guò)程中由吸、排氣阻力及氣體 的摩擦、旋渦等造成的總的能量損失的大小Marine Auxi1iary MachineryMarine Auxi1iary Machinery等溫指示效率 等溫?zé)崃ρh(huán)完善程度 耳嚇=Pt I Pi絕熱指示效率絕熱熱力循環(huán)完善程度Qs = Ps【PiMarine Auxi1iary MachineryMarine Auxi1iary Machinery等溫指示效率還反映冷卻達(dá)不到等溫壓縮而附加的能量損

19、失, 比絕熱指示效率更低機(jī)械效率m：評(píng)價(jià)壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)完善程度指標(biāo)等溫效率m：評(píng)價(jià)水冷壓縮機(jī)的性能指標(biāo)Ptfir = - = niTnt絕熱效率：評(píng)價(jià)風(fēng)冷壓縮機(jī)的性能指標(biāo)Ps叫s =下=y一般壓縮機(jī)n T約為°60 0.75, n s約為0.65 - 0. 70 （小型）、0. 70 - 0. 80（中型）、0.80-0.85 （大型）Marine Auxi1iary Machinery機(jī)器的形式結(jié)構(gòu)影響因素級(jí)數(shù)和列數(shù)Marine Auxi1iary MachineryMarine Auxi1iary Machinery各級(jí)氣缸在列中的排列各列間曲柄夾角的排列用途運(yùn)轉(zhuǎn)條件 選擇結(jié)構(gòu)依

20、據(jù)排氣量和排氣壓力驅(qū)動(dòng)方式占地面積Marine Auxi1iary MachinerMarine Auxi1iary Machinery壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)體現(xiàn)在：氣缸的排列形式（氣缸中心線 與水平面的相對(duì)位置）和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)角度式：氣缸中心線與水平面成一角度氣缸排 立式：氣缸中心線與水平面垂直列形式（一般臥式：氣缸都在曲軸一側(cè)臥式 氣缸相 對(duì)置式：氣缸在曲軸兩側(cè)，相鄰 對(duì)曲和位置 的兩相對(duì)列曲柄夾角不等于180。Marine Auxi1iary MachineE3占地面積小對(duì)置平衡式：氣缸在曲軸兩側(cè)， 相對(duì)兩列氣缸的曲柄夾角為180。Marine AuxiliaTy Machinery優(yōu)點(diǎn)氣缸

21、和活塞的磨損比臥式的小而且均勻無(wú)油潤(rùn)滑時(shí)對(duì)活塞環(huán)和填料有利立式空壓機(jī)特點(diǎn)管遒布置困難缺點(diǎn).大型壓縮機(jī)采用立式時(shí)高度較大Marine Auxiliary Machiner占地面積小普通臥式空慣性力不能平衡，所以轉(zhuǎn)速受到很大限制 壓機(jī)特點(diǎn)氣缸和活塞的磨損較大且不均勻小型空壓機(jī)慣性力完全平衡，轉(zhuǎn)速提高，尺寸小、重量輕 相對(duì)的活塞受力互相抵消，改善主軸頸的受力 對(duì)置平衡式可采用較多的列數(shù)空壓機(jī)特點(diǎn)運(yùn)動(dòng)部件和填料數(shù)量較多機(jī)身和曲軸的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜絕大部分大型空壓機(jī)采用角度式空 壓機(jī)特點(diǎn)各列慣性力可用平衡重塊平衡，可 取較高的轉(zhuǎn)速氣缸錯(cuò)開(kāi)，利于氣閥的布置和安裝, 氣閥通流面積大中間冷卻器和級(jí)間管道可直接裝在

22、 機(jī)器上，結(jié)構(gòu)緊湊曲軸的軸向長(zhǎng)度較短管道布置困難高度較大I中、小型和微型空壓機(jī)Marine Auxi1iary MachineryMarine AuxiliaTy Machinery基本部分：機(jī)身、曲軸、連桿等，其作用是傳遞 動(dòng)力，連接基礎(chǔ)與氣缸部分空壓機(jī)的 氣缸部分：氣缸、氣閥、活塞、填料和排氣量調(diào)基本結(jié)構(gòu)節(jié)裝置等，作用是形成壓縮容積和防止氣體泄漏輔助部分：包括冷卻器、緩沖器、氣液分離器、 濾淸器、安全閥、油泵、注油器及各種管路系統(tǒng), 是保證壓縮機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)所必需的部件Marine Auxi1iary Machiner1氣缸的結(jié)構(gòu)因壓力、氣量、氣缸排列形式、冷卻方式、氣閥 配置形式、工質(zhì)、氣缸

23、材料不同而不同按壓力高低氣缸分別由鑄鐵、鑄鋼和鍛鋼制成.因鋼的耐磨 性較差，鋼質(zhì)氣缸通常都設(shè)有鑄鐵氣缸套大多數(shù)氣缸是水冷式小型和微型壓縮機(jī)的氣缸一般做成單作用式，采用空冷一、排氣量調(diào)節(jié)11停轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)停轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)是利用壓力繼電器之類的裝置來(lái)控制原動(dòng)機(jī)的停開(kāi), 使壓縮機(jī)暫時(shí)停轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)排氣量的間斷調(diào)節(jié)優(yōu)點(diǎn)是壓縮機(jī)與原動(dòng)機(jī)同時(shí)停轉(zhuǎn)，沒(méi)有功率消耗缺點(diǎn)是啟、停頻繁，零件磨損增加，一般只用于微型壓縮機(jī)上Marine Auxi1iary Machine2.改變轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)主要用在內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的空氣壓縮機(jī)上，靠?jī)?chǔ)氣罐的壓力控制 內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速而實(shí)現(xiàn)。內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速可連續(xù)地改變，故可實(shí)現(xiàn) 排氣量的連續(xù)調(diào)節(jié)優(yōu)點(diǎn)：氣量變化連續(xù)，功率消耗較?。灰?yàn)檗D(zhuǎn)速降低時(shí)，氣體流速降低，摩擦損失和壓力損失都減小; 氣體在循環(huán)時(shí)間加長(zhǎng)，可得到較好的冷卻缺點(diǎn)：受原動(dòng)機(jī)本身性能的限制，只能在60 - 100%的額定轉(zhuǎn)速 范圍內(nèi)變化，轉(zhuǎn)速過(guò)低時(shí)經(jīng)濟(jì)性很差Marine Auxi1iary Machine3