活塞式壓縮機的實際工作循環(huán)

動設備原理及操作目錄實際壓縮工作循環(huán)的示功圖1實際壓縮工作循環(huán)的特點2實際壓縮循環(huán)指示功的計算3活塞壓縮機的功率和效率計算4活塞式壓縮機的實際工作循環(huán)活塞式壓縮機的實際工作循環(huán)在分析活塞壓縮機理論循環(huán)時，曾作過一系列的假設，而實際壓縮循程并不具備理論循環(huán)的特點，所以實際壓縮示功圖與理論示功圖并不完全相同，所以，很有必要對實際壓縮過程予以研究。一、實際壓縮工作循環(huán)的示功圖見圖3-26所示。實際工作循環(huán)示功圖1-2-3-4紅線所圍成的多邊形的面積。理論壓縮循環(huán)為示功圖

1'-2'-3'-4'藍色線所圍成多邊形的面積。圖3-26二、實際壓縮工作循環(huán)的特點活塞壓縮機的實際工作循環(huán)與理論工作循環(huán)兩者差別很大。究其原因，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。圖3-261.氣缸具有余隙容積和膨脹現(xiàn)象止點位置時，活塞與氣缸蓋之間的間隙，一般為1.5～4mm，具體由活塞壓縮機的設計參數(shù)決定。留有此間隙的目的主要是為了避免活塞在運動過程中與氣缸缸蓋發(fā)生碰撞。氣缸氣閥通道及氣閥內部的剩余容積。第一道活塞環(huán)前的氣缸與活塞之間的間隙。填料以前活塞桿與氣缸孔座之間的間隙。2.余隙容積的氣體具有膨脹現(xiàn)象在氣缸開始吸氣前，氣缸余隙中殘留的和泄漏來的高壓氣體首先要進行膨脹降壓，所以實際工作循環(huán)中出現(xiàn)了余氣膨脹過程。余隙容積的存在降低了壓縮機的生產(chǎn)能力，在設計時，在保證運轉可靠的條件下，應盡量減小余隙容積的存在。圖3-263.吸氣、排氣通道和氣閥具有阻力氣體流經(jīng)吸氣、排氣管道和氣閥時，必然產(chǎn)生阻力損失，使吸排氣時間發(fā)生了變化，從而改變了壓縮機的參數(shù)。吸入線與排出線呈波浪型，主要是氣流速度隨活塞運動速度變化，以及閥片的慣性振動，使阻力損失不穩(wěn)定產(chǎn)生的。圖3-264.膨脹過程指數(shù)不是常數(shù)在膨脹開始階段，氣缸內氣體的溫度高于缸壁溫度，氣體放熱膨脹，膨脹過程指數(shù)m'>k。隨著氣體的膨脹，氣體溫度逐漸降低，當氣體溫度低于缸壁溫度，氣體吸熱膨脹，這時m'<k。圖3-265.壓縮過程指數(shù)不是常數(shù)壓縮開始階段，氣缸內氣體的溫度低于缸壁溫度，氣體吸熱壓縮，壓縮過程為m'>k，所以壓縮線在絕熱線之內。隨著氣體被壓縮，氣體溫度不斷提高，氣體與氣缸的溫差到某一時刻時等于零，此時氣體為絕熱壓縮m'

=k，所以壓縮線與絕熱線相交。當氣體溫度高于氣缸溫度時，氣體放熱壓縮，m'<k的多變壓縮過程。圖3-26三、實際壓縮循環(huán)指示功的計算1.實際氣體狀態(tài)方程由于實際氣體并不是理想氣體，實際氣體壓縮時，要對理想氣體狀態(tài)方程進行修正。一般工程上引入可壓縮性系數(shù)Z進行修正，Z表示實際氣體偏離理想氣體的程度，可由實驗求得。公式3-17和3-18是引入修正系數(shù)Z修正以后的實際氣體的狀態(tài)方程.Z=1時，該氣體可視為理想氣體。Z>1時，表示該氣體比理想氣體難以壓縮。Z<1時，說明該氣體比理想氣體容易壓縮。2.實際氣體循環(huán)指示功的計算

實際氣體對循環(huán)的影響主要是對循環(huán)功的影響，一般采用公式3-19、3-20、3-21進行近似計算，實踐證明，誤差很小。①

實際等溫理論循環(huán)功②

實際絕熱壓縮循環(huán)功③

實際多變理論循環(huán)功3.實際吸氣量余隙容積內氣體的膨脹、進氣過程中的阻力、由于熱交換的影響、使吸進的氣體量減少。所以在實際循環(huán)中，每一級的實際吸氣量總小于氣缸的行程容積，實際吸氣量VB'可按公式3-22計算。容積系數(shù)：容積系數(shù)反映了余隙容積內氣體膨脹對實際吸入量的影響。壓力系數(shù)：反映壓力損失對吸氣量的影響，一般取經(jīng)驗值，λp=0.95～0.98，其余各級因彈簧力相對氣體壓力要小得多，故取λp=0.98～1；第三級以后可取λp=1。溫度系數(shù)：反映了熱交換對吸入量的影響，一般取經(jīng)驗值。λT=0.94～0.98。4．實際排氣量（1）實際排氣量Vd'的定義

壓縮機的排氣量通常是指單位時間內壓縮機最后一級排出的氣體體積換算到第一級進口狀態(tài)的壓力和溫度時的氣體容積值。排氣量表征壓縮機的大小，常用的單位為m3/min。Vd'—壓縮機完成一個工作循環(huán)的排氣量，單位，m3/min。λL—泄漏系數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗一般取

λL

=0.95～0.98。λ0—排氣系數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗，一般取

λ0

=0.55～0.85。（2）每轉的排氣量Vd'壓縮機的每一轉的實際排氣量

Vd'總是小于實際吸氣量?？梢杂霉?-28計算。

其中，

nf—每秒轉數(shù)，單位，Hz；D1—第一級活塞直徑，單位，m。S—活塞行程，單位，m。（3）轉速為nf

時的實際排氣量

若壓縮機的轉速為

nf，則總的實際排氣量是在公式3-28的基礎上乘以轉速nf，具體見公式3-29所示。四、壓縮機的功率壓縮機是一種大量消耗動力的機器，它在一些化工廠中所消耗的電能幾乎占全廠電能消耗的70%，因此，如何提高壓縮機的效率，降低它的功率消耗就成為生產(chǎn)上的重要問題。

1.理論循環(huán)指示功率

在單位時間內活塞對氣體所作的功，稱為指示功率。在理論循環(huán)中，單位時間內所作的理論功，稱為理論循環(huán)指示功率。見公式3-30~3-31所示。（1）理論等溫循環(huán)指示功率（2）理論絕熱循環(huán)指示功率2.實際循環(huán)指示功率壓縮機的實際循環(huán)功，稱為指示功，是壓縮機直接對氣體作功所消耗的能量，在P-V圖上是實際工作過程曲線所包圍的面積，以Ni

表示。單位時間內消耗的指示功，稱為指示功率，以Wi

表示。

確定實際循環(huán)指示功率Ni有兩種方法，一種是實測法，一種是解析法。

實測法用于已有的機器，解析法用于機器的設計過程。3.軸功率

軸功率是驅動機傳給曲軸的實際功率，用N表示。軸功率除了用來克服壓縮氣體所需要的指示功率以外，還必須克服機器各運動部件的摩擦所消耗的摩擦功率，軸功率可通過機械效率進行計算，見公式3-39。

4.驅動功率

驅動機的功率Nd是電機主軸的功率，確定驅動機功率時，要考慮驅動機到壓縮機的傳動損失，采用傳動效率ηc

來表示，驅動機的功率按公式3-40計算。

一般情況下，傳動效率ηc=0.9~0.95；對于皮帶傳動，ηc=0.85~0.97；對于齒輪傳動，ηc=0.97~0.99；對于聯(lián)軸器直連壓縮機，ηc=1。在選擇驅動機的功率時，應在計算所得驅動機的功率Nd的基礎上，儲備5%～15%的余量，即驅動機的總功率Ng應按公式3-41選取。5.壓縮機的比功率

壓縮機的比功率Nr是指在一定排氣壓力時，單位排氣量所消耗的功率，其值等于壓縮機的軸功率N與排氣量Vd

之比，見公式3-42。

比功率常用于比較同一類型壓縮機的經(jīng)濟性，它很直觀，特別是動力用的空氣壓縮機常采用比功率來作為評價經(jīng)濟性的指標。五、活塞壓縮機的效率活塞壓縮機的效率是用來衡量實際循環(huán)與理論循環(huán)之間差距程度的，即用來衡量壓縮機的經(jīng)濟性能。根據(jù)衡量標準的不同，可分為等溫效率和絕熱效率兩種。1.等溫指示效率

等溫指示效率是壓縮機等溫理論循環(huán)指示功率Nis

和同吸氣壓力、同吸氣量下的實際循環(huán)指示功率Ni之比，用ηis來表示，見公式3-45。等溫指示效率反應了實際循環(huán)中熱交換，吸氣，排氣過程中阻力損失情況，常用來評價水冷式壓縮機的經(jīng)濟性能。2.絕熱指示效率

絕熱指示效率ηad是壓縮機的絕熱理論循環(huán)功率Nad

與同吸氣壓力、同吸氣量下的實際循環(huán)指示功率Ni之比，