6.1活塞式空壓機(jī)的工作原理課件

1、能源與動(dòng)力工程學(xué)院輪機(jī)工程系第1頁(yè)，共27頁(yè)。船舶輔機(jī)Marine Auxiliary Machinery電子教案趙在理第2頁(yè)，共27頁(yè)。第一篇 船用泵和空氣壓縮機(jī)第3頁(yè)，共27頁(yè)。第六章 活塞式壓縮機(jī)泵第4頁(yè)，共27頁(yè)。6 活塞式空氣壓縮機(jī)用于：主機(jī)起動(dòng)、換向；發(fā)電柴油機(jī)起動(dòng)為其它需要壓縮空氣的設(shè)備和氣動(dòng)工具供氣在檢修工作中用來吹洗零部件、濾器等空壓機(jī)的排氣量是指其在單位時(shí)間內(nèi)所排送的相當(dāng)于第一級(jí)吸氣狀態(tài)的空氣體積。單位是m3s、m3min或m3h公稱排氣量是指在額定排氣壓力時(shí)的排氣量分類：有低壓(0.21.0 MPa),中壓(110 )和高壓(10100)為微型(小于1 m3min)、小型

2、、中型和大型工作壓力為3MPa左右，低壓場(chǎng)所由減壓閥供氣有一臺(tái)柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的微型應(yīng)急空壓機(jī)。第5頁(yè)，共27頁(yè)。第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理第6頁(yè)，共27頁(yè)。6-1-1 活塞式空壓機(jī)理論工作循環(huán)假定：(1)氣缸沒有余隙容積(2)吸、排氣過程沒有壓力損失和壓力脈動(dòng)(3)吸氣過程氣體與缸壁無熱交換(4)工作過程無氣體漏泄(5)被壓縮的是理想氣體，壓縮過程狀態(tài)方程指數(shù)不變以缸內(nèi)P為縱坐標(biāo)，以缸內(nèi)容積V為橫坐標(biāo)，理論工作循環(huán)如圖所示。第7頁(yè)，共27頁(yè)。6-1-1 活塞式空壓機(jī)理論工作循環(huán)吸氣過程-活塞從上向下氣缸內(nèi)壓力始終與吸入管中壓力Ps相等最大吸氣容積是氣缸工作容積Vp，曲線6-1壓縮過程-活塞回行K

3、1關(guān)閉，氣體被壓縮當(dāng)P升高到Pd時(shí)，K2開啟，曲線12排出過程-活塞繼續(xù)上行K2開啟，氣體排出缸內(nèi)P不變，直到上止點(diǎn)曲線23第8頁(yè)，共27頁(yè)。6-1-1 活塞式空壓機(jī)理論工作循環(huán)絕熱過程(adiabatic compression過程線12按氣體與缸壁不存在任何熱交換的作出等溫過程(isothermal compression)冷卻良好，缸內(nèi)氣體T不變，壓縮線如l2”所示多變壓縮過程實(shí)際壓縮在等溫和絕熱之間過程線12過程線4123所包圍的面積，代表每一循環(huán)耗功可見，等溫過程，壓縮機(jī)耗功最省。第9頁(yè)，共27頁(yè)。6-1-2 影響實(shí)際循環(huán)的因素(1)余隙容積的影響防活塞與缸蓋碰撞，活塞到上止點(diǎn)時(shí)有余

4、隙氣閥通道也有一定容積余隙容積是活塞在上止點(diǎn)時(shí)缸內(nèi)殘留氣體的全部容積，用Vc表示活塞回行時(shí)，氣體膨脹當(dāng)缸內(nèi)壓力降至低于吸入管壓力Ps一定值時(shí)(流動(dòng)阻力)，氣體頂開K1進(jìn)入缸內(nèi)曲線3一4第10頁(yè)，共27頁(yè)。6-1-2 容積系數(shù)是按氣體進(jìn)口狀態(tài)計(jì)算的，如圖中V，所示。余隙容積Vc使壓縮機(jī)排氣量減少的程度可用容積系數(shù)v來衡量：相對(duì)余隙容積VcVp一般為：低壓級(jí)為0.070.12中壓級(jí)為0.090.14高壓級(jí)為0.110.16第11頁(yè)，共27頁(yè)。表6-1 空壓機(jī)氣缸余隙的一般范圍使用中，余隙有可能增大而使v降低。檢修時(shí)應(yīng)該用壓鉛法檢查余隙大小，不符合說明書要求時(shí)必須對(duì)癥修理氣缸直徑mm余隙mm5590

5、0.400.55901200.500.651201500.600.751502000.70一1.0第12頁(yè)，共27頁(yè)。6-1-2 進(jìn)排氣阻力的影響在吸氣過程中由于流動(dòng)阻力，缸內(nèi)P要比Ps低。吸入行程終了，缸內(nèi)壓力為P1活塞回行一段距離后，缸內(nèi)P才能升到Ps，減少了V”壓力系數(shù) p表示吸氣過程的壓力損失使排氣量減少的程度第13頁(yè)，共27頁(yè)。6-1-2 進(jìn)排氣阻力的影響第一級(jí) p =0.95 0.98第二級(jí) p=0.981.0。在排出行程中缸內(nèi)P也要比Pd略高由于吸、排氣阻力的影響，耗功將增加(陰影部分)，而排氣量則減少。第14頁(yè)，共27頁(yè)。6-1-2 吸氣預(yù)熱的影響氣體被壓縮后溫度升高，使氣閥、

6、缸蓋、缸壁和活塞的溫度都升高在吸氣過程中，氣體被熱的機(jī)件加熱，吸入終了時(shí)其溫度比在吸氣管中升高，比容也增大，如折算到進(jìn)口狀態(tài)，每轉(zhuǎn)排氣體積又要損失一部分，稱為預(yù)熱損失預(yù)熱損失使壓縮機(jī)排氣量減少的程度可用溫度系數(shù)t來衡量t隨壓力比的增高而降低，一般t=0.900.95第15頁(yè)，共27頁(yè)。6-1-2 漏泄的影響由于氣閥、活塞環(huán)等密封不嚴(yán)而造成泄漏，使排氣量進(jìn)一步損失漏泄使壓縮機(jī)排氣量減少的程度可用氣密系數(shù)l來衡量，一般l=0.900.98。此外，在壓縮過程和余隙容積氣體的膨脹過程中，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，其過程指數(shù)是不斷改變的在理論研究時(shí)為方便計(jì)算起見

7、，都以恒定的多變過程指數(shù)來代替。第16頁(yè)，共27頁(yè)。6-1-2 排氣量和輸氣系數(shù)理論排氣量就是第一級(jí)的活塞行程容積對(duì)單作用氣缸的壓縮機(jī)來說式中：D第一級(jí)的氣缸直徑，m；S第一級(jí)的活塞行程，m；n第一級(jí)的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，rmin；Z 第一級(jí)氣缸的數(shù)目。實(shí)際Q小于Vc。比值QVc稱為輸氣系數(shù)(), 即Q=Vt = Vt v p t l一般在0.650.80壓力比Pd/Ps增加，則明顯降低余隙容積和漏泄引起的流量損失增加氣缸T升高，預(yù)熱損失增加。第17頁(yè)，共27頁(yè)。6-1-2 壓縮機(jī)功率通過示功器在運(yùn)轉(zhuǎn)的壓縮機(jī)上可測(cè)出示功圖圖中實(shí)際循環(huán)所包圍的面積即表示每一循環(huán)所耗指示功指示功率-按示功圖計(jì)算得到的功率

8、，用Pi表示等溫理論功率(用PT表示)絕熱理論功率(用Ps表示)第18頁(yè)，共27頁(yè)。6-1-2 壓縮機(jī)效率指示效率反映了實(shí)際氣體由吸、排氣阻力及氣體摩擦、旋渦等造成的總能量損失的大小等溫指示效率還反映冷卻達(dá)不到理想的等溫壓縮而附加的能量損失，它比絕熱指示效率更低運(yùn)動(dòng)部件要要消耗功率，軸功率大于指示功率，二者之比稱為機(jī)械效率，用m表示m = Pi/P壓縮機(jī)總效率為理論功率與軸功率之比等溫總效率(用T表示) iT = iT m 絕熱總效率(用s表示) is = is m 第19頁(yè)，共27頁(yè)。6-1-3 多級(jí)壓縮排出壓力較高時(shí)采用多級(jí)壓縮，并有級(jí)間冷卻器。 圖示為二級(jí)空壓機(jī)流程示意第20頁(yè)，共27頁(yè)

9、。6-1-3 二級(jí)壓縮理論工作循環(huán)采用單級(jí)壓縮當(dāng)吸入壓力為Ps，排出壓力為Pd時(shí)理論工作循環(huán)如padfp所示。采用二級(jí)壓縮機(jī)低壓理論循環(huán)如oabno所示高壓理論循環(huán)如cefmc所示第21頁(yè)，共27頁(yè)。6-1-3 用多級(jí)壓縮和級(jí)間冷卻原因(1)降低排氣溫度單級(jí)壓縮在壓力比比較大時(shí)，壓縮終點(diǎn)d的氣體T太高缸內(nèi)T太高會(huì)降低滑油粘度，使?jié)櫥兔芊庑阅芟陆凳够头纸庠诟變?nèi)及氣閥上形成結(jié)碳，加劇磨損(在180210尤為嚴(yán)重)當(dāng)溫度超過滑油閃點(diǎn)時(shí)，甚至?xí)斜ㄎｋU(xiǎn)因此，國(guó)內(nèi)一般規(guī)定：固定式壓縮機(jī)排氣溫度不超過160移動(dòng)式壓縮機(jī)不超過180二級(jí)壓縮由于經(jīng)過中間冷卻，其壓縮終點(diǎn)e的溫度比單級(jí)壓縮終點(diǎn)d的溫度要低

10、得多。第22頁(yè)，共27頁(yè)。6-1-3 用多級(jí)壓縮和級(jí)間冷卻原因 (2)提高輸氣系數(shù)單級(jí)壓縮時(shí)， 隨壓力比增加而迅速下降余隙容積等因素影響使氣缸有效吸氣容積減少二級(jí)壓縮時(shí)有效吸氣容積由pa增長(zhǎng)至oa。(3)節(jié)省壓縮功二級(jí)每工作循環(huán)理論上所節(jié)省壓縮功為面積cbdec與opmno之差。第23頁(yè)，共27頁(yè)。6-1-3 用多級(jí)壓縮和級(jí)間冷卻原因(4)減輕活塞上的作用力單級(jí)壓縮一次達(dá)到要求的Pd，活塞受力大，運(yùn)動(dòng)部件笨重，軸承負(fù)荷大，維修也不方便多級(jí)壓縮只有尺寸較小的高壓級(jí)承受高壓但級(jí)數(shù)增加使構(gòu)造復(fù)雜，體積和重量增加。而且管路、中間冷卻器和氣閥總阻力會(huì)增加，機(jī)械效率也會(huì)降低，因而實(shí)際效益要比理論小如果級(jí)間冷卻不良，則降低排氣T和減少壓縮功的效果變差每級(jí)的最佳壓力比應(yīng)選擇使該級(jí)等溫指示效率最高為宜壓力比一般應(yīng)在24范圍內(nèi)如P在3MPa，一般為二級(jí)壓縮第24頁(yè)，共27頁(yè)。思考題1.什么叫空壓機(jī)的輸氣系數(shù)?它主要受哪些因素影響? 2，活塞式空壓機(jī)需要冷卻的有哪些方面?各起何作用? 3活塞式空氣壓縮機(jī)余隙容積的作用是什么? 4空氣壓縮機(jī)采用多級(jí)壓縮中間冷卻有何意義? 5空氣壓縮機(jī)的多級(jí)壓縮對(duì)壓縮過程有何影響?第25頁(yè)，共27頁(yè)。6-1-3 用多級(jí)壓縮和級(jí)間冷卻原因各級(jí)壓力比的分配主