2.2容積壓縮機(jī).ppt

1、2.2.5 排氣壓力與排氣溫度,（一）排氣壓力 壓縮機(jī)最終排氣壓力的大小由系統(tǒng)和管路的背壓決定。 壓縮機(jī)排出壓力=系統(tǒng)壓力+管路阻力 壓縮機(jī)銘牌上壓力為額定工況下的壓力，即額定轉(zhuǎn)速、額定流量、設(shè)計(jì)系統(tǒng)壓力及管路阻力下。,（1）多級(jí)壓縮 往復(fù)式壓縮機(jī)一般為多級(jí)氣缸串聯(lián)組成，逐級(jí)增壓，最終使排出壓力達(dá)到某一較高壓力。 采用多級(jí)壓縮的原因： 降低排氣溫度。氣體壓縮后升溫，采用級(jí)間冷卻。 降低功率消耗。級(jí)數(shù)越多，越省功。 提高氣缸容積系數(shù)。 V 降低活塞受力，使各級(jí)活塞受力均勻。,（2）級(jí)數(shù) z 的選擇原則 原則：節(jié)省功率，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，滿足工藝特殊要求。 級(jí)數(shù) z 選擇見(jiàn)表2-2。,級(jí)數(shù)的選擇主要取決于

2、每級(jí)所允許的排氣溫度。 級(jí)數(shù)少，壓比大，排氣溫度高。,（3）壓力比的分配 級(jí)數(shù) z 選定后，各級(jí)壓力比分配按等壓比為最省功。 總壓力比：,（二）排氣溫度 氣體受壓縮后，體積減少，但溫度升高。溫升與壓力比有關(guān)。 排氣溫度計(jì)算： 每一級(jí)的排氣溫度限制見(jiàn)表2-1。 如： 空氣壓縮機(jī)：T2 160180 石油氣壓縮機(jī)：T2 90100 主要考慮介質(zhì)的閃點(diǎn)溫度，出現(xiàn)“積碳”、氧化爆炸等因素。 壓縮機(jī)的溫度控制一般較嚴(yán)格，溫度是檢測(cè)壓縮機(jī)正常工作的敏感參數(shù)，很多隱患可以從溫度中得到。 排氣溫度問(wèn)題： 機(jī)械溫度問(wèn)題：,（三）熱效率 氣體在氣缸內(nèi)壓縮也存在一個(gè)效率問(wèn)題，此效率為熱效率。 熱效率：用來(lái)反映實(shí)際循

3、環(huán)指示功與理論循環(huán)指示功之間的差異， 差別越大，效率越低。由熱力過(guò)程可分為： 等溫?zé)嵝剩?等溫循環(huán)理論功率； 實(shí)際循環(huán)功率。 等溫循環(huán)理論功率： 實(shí)際循環(huán)功率：,壓縮機(jī)一級(jí)等溫指示效率：,壓縮機(jī)總效率：,2.2.6 實(shí)際氣體下的各參數(shù)計(jì)算,理想氣體、單分子氣體狀態(tài)方程式。 滿足： pv=RT PV=mRT 實(shí)際氣體：指高分子氣體；石油氣；化工氣體； 混合氣體等。 大多數(shù)工業(yè)氣體皆為高分子氣體，即實(shí)際氣體。,（1）實(shí)際氣體的狀態(tài)方程式： Z壓縮性系數(shù)，與氣體的性質(zhì)、壓力和溫度有關(guān) 用來(lái)表征實(shí)際氣體偏離理想氣體的程度。 Z 值可以查表、查圖得出。 （2）實(shí)際氣體的過(guò)程方程式： 等熵下：,（3）實(shí)

4、際氣體的容積系數(shù) 第一級(jí)實(shí)際排氣量： 容積流量： （體積流量）,最后一級(jí)排氣量： （4）實(shí)際氣體的功、功率,2 . 3 往復(fù)活塞式壓縮機(jī)動(dòng)力學(xué)計(jì)算,壓縮機(jī)工作時(shí)，作用力有三種： （1）壓縮氣體的作用力。 （氣體力） （2）運(yùn)動(dòng)件的慣性力。 （往復(fù)慣性力和旋轉(zhuǎn)慣性力） （3）摩擦力。 （往復(fù)摩擦力和旋轉(zhuǎn)摩擦力） 壓縮氣體力為作功力，是有用力。 慣性力和摩擦力是無(wú)用力，有害力。 2.3.1 氣體力 氣體力：氣缸內(nèi)氣體受活塞壓縮時(shí)所產(chǎn)生的作用力叫氣體力,壓縮氣體力,2.3.1 氣體力 氣體力：氣缸內(nèi)氣體受活塞壓縮時(shí)所產(chǎn)生的作用力。,AP,實(shí)際壓縮過(guò)程：,吸氣過(guò)程 PS 2. 壓縮過(guò)程 Pi 3. 排

5、氣過(guò)程 Pd 4. 膨脹過(guò)程 Pi,pi,Pd,pi,PS,計(jì)算活塞任意位置的氣體力（某瞬時(shí)位置）： 氣缸內(nèi)壓力變化：,活塞的位移： 氣體力受力圖：（以活塞桿皆受壓力）,Fg,Fg= piAp,最高排氣壓力為 pd 時(shí)：,2.3.2 慣性力計(jì)算 往復(fù)慣性力： 旋轉(zhuǎn)慣性力： （1）活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度與加速度 結(jié)構(gòu)尺寸： 曲軸轉(zhuǎn)角： 連桿擺角： 曲軸轉(zhuǎn)速： 曲軸連桿長(zhǎng)度比：= r/L 一般： 0.250.2 活塞上死點(diǎn)：= 0 活塞下死點(diǎn)：= 180 活塞位移：,上式整理得： (2-47) 速度方程為正弦曲線， 加速度為余弦曲線。,v,a,2,2,利用活塞面積與速度求瞬時(shí)排量：,速度的利用,線速度

6、的利用：,速度的利用,2. 動(dòng)量：,3. 沖量：,4.沖量定律：,5.動(dòng)量矩：,6.旋轉(zhuǎn)動(dòng)量矩：,7.動(dòng)能：,8.動(dòng)能功：,（2）往復(fù)運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量 活塞、活塞桿、十字頭的總質(zhì)量：mp 連桿，可分解為：直線運(yùn)動(dòng)質(zhì)量： 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量： 連桿總質(zhì)量： 或：,連桿的重量分配,曲軸偏心質(zhì)量（偏心質(zhì)量向 集中）,mc,0,0,綜合質(zhì)量轉(zhuǎn)化為兩部分,旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量,水平運(yùn)動(dòng)質(zhì)量,(3)往復(fù)慣性力 I 慣性力=質(zhì)量+加速度 力的方向：使活塞桿拉為正；壓為負(fù)。,分解式：,往復(fù)慣性力圖：,（4）旋轉(zhuǎn)慣性力 Ir 旋轉(zhuǎn)慣性力：Ir=旋轉(zhuǎn)質(zhì)量向心加速度=mrar 當(dāng)一定時(shí)，旋轉(zhuǎn)慣性力大小一定。 慣性力方向沿曲柄半徑向外

7、，即始終為拉力作用。 由于旋轉(zhuǎn)質(zhì)量都集中在曲軸上， 旋轉(zhuǎn)慣性力只發(fā)生在曲軸上。 旋轉(zhuǎn)慣性力可以用曲軸配重來(lái)平衡。,FI r,mr,2.3.3 摩擦力 摩擦力又分為：往復(fù)摩擦力和旋轉(zhuǎn)摩擦力。 （1）往復(fù)摩擦力 FfS 主要發(fā)生在：活塞與氣缸、活塞桿與填料函、十字頭與滑道等。 往復(fù)摩擦力所消耗的功率占總往復(fù)摩擦功率Nm的（60%70%） 往復(fù)摩擦功率： 當(dāng)=0180，摩擦力為正值，連桿受拉力。 當(dāng)=180 360，摩擦力為負(fù)值，連桿受壓力,(2) 旋轉(zhuǎn)摩擦力 Ffr 主要發(fā)生在：十字頭銷、連桿瓦、主軸瓦、軸承等。 旋轉(zhuǎn)摩擦力所消耗的功率占總摩擦功率 Nm 的40%30%。 旋轉(zhuǎn)摩擦力設(shè)定位于曲軸連

8、桿瓦處，摩擦力方向與轉(zhuǎn)向相反。 旋轉(zhuǎn)摩擦力產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)摩擦力矩，Mr = Ffrr,2.3.4 主要構(gòu)件受力分析 （一）綜合活塞力 綜合活塞力=氣體力+往復(fù)慣性力+往復(fù)摩擦力 (N) (書(shū)中公式） 式中：,（二）.壓縮機(jī)主要構(gòu)件受力分析 受力分析原則： .二力桿簡(jiǎn)化。 .力圖要封閉。 (1)各部件受力,部件受 力分析, 活塞桿受力 取排氣過(guò)程最高工作壓力時(shí)： (N) F P FP 活塞桿受力為綜合力，活塞桿為二力桿。 十字頭受力 有三個(gè)力：活塞桿作用力 Fp 、 連桿力 FL、十字頭側(cè)向力 FN 十字頭力圖三角形：,十字頭,Fp 分解為FL和 FN （連桿力和支反力）, 連桿上受力 連桿為二力桿，

9、所受力為： FL,FL,FL,FL,FL, 曲軸受力,(2) 工作力矩（阻力矩）,工作力矩與驅(qū)動(dòng)力矩平衡（理論上） MY = Md ( Md驅(qū)動(dòng)力矩） 實(shí)際中： MY 工作力矩隨氣體壓力變化而變化， 即： Md MY 差值： Md - MY = J. J 全部旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性矩， 曲軸的角加速度，,由于工作力矩有大有小，使曲軸的轉(zhuǎn)速出現(xiàn)加速和減速現(xiàn)象，加速時(shí) 為正；減速時(shí) 為負(fù)。則： 慣性力矩為 J 值。 當(dāng)： Md MY 時(shí)，驅(qū)動(dòng)功富裕， J 為正值，曲軸加速。 Md MY 時(shí)，驅(qū)動(dòng)功不足， J 為負(fù)值，曲軸減速。 任何機(jī)器的曲軸在旋轉(zhuǎn)中一會(huì)加速、一會(huì)減速，都不能正常工作，必須盡可能的減少這一

10、速度波動(dòng)。,（3）飛輪的慣性矩計(jì)算 解決速度波動(dòng)的最簡(jiǎn)單有效的方法是加一個(gè)飛輪，原理是：增大慣性矩 J ，從而降低角加速度 。 飛輪具有儲(chǔ)存能量和釋放能量的功能。 飛輪的慣性矩： G 輪緣部分的質(zhì)量， kg D 輪緣質(zhì)心直徑， m 速度波動(dòng)產(chǎn)生的最大動(dòng)能變化量E,m 平均角速度。 由G、D來(lái)設(shè)計(jì)計(jì)算飛輪尺寸。 加飛輪的目的： 解決驅(qū)動(dòng)力矩與工作力矩不均衡問(wèn)題，使壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速均勻，減小電機(jī)電流和電壓的波動(dòng)幅度。,（4）側(cè)向力矩（側(cè)覆力矩） 在十字頭與曲軸上各存在一個(gè)側(cè)向力 FN，形成了一個(gè)力偶MN。 兩側(cè)向力 之間距為 b , 側(cè)覆力矩周期性變化，機(jī)器自身無(wú) 法平衡，造成機(jī)器震動(dòng)、搖擺，滿載荷、

11、立式機(jī)更明顯。 措施 ：機(jī)體、基礎(chǔ)加大，提高穩(wěn)定性。,2.3.5 慣性力平衡 往復(fù)式壓縮機(jī)存在兩種慣性力：往復(fù)慣性力 I 和旋轉(zhuǎn)慣性力 Ir （一）旋轉(zhuǎn)慣性力的平衡 旋轉(zhuǎn)慣性力： 平衡方法：曲柄反方向加平衡重，質(zhì)量為 m0 ，旋轉(zhuǎn)半徑 r0 平衡時(shí)： 平衡重的質(zhì)量：,曲軸配重旋轉(zhuǎn)慣性力的平衡,配重,m0,mr,(二）往復(fù)慣性力的平衡 往復(fù)慣性力： 平衡方法：采用雙列氣缸或?qū)ΨQ布置氣缸來(lái)平衡部分慣性力。,（1）雙列立式壓縮機(jī) 兩缸曲柄錯(cuò)角：=180 2 = 1 +180 當(dāng)兩列氣缸的往復(fù)質(zhì)量 和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量相同時(shí)：,往復(fù)慣性力：慣性力平衡為： 慣性力平衡為：,同時(shí)產(chǎn)生慣性力力矩： 慣性力平衡的有：I

12、I 、Ir 、M 慣性力沒(méi)有平衡的有：I 、M 、MI r 雙列立式壓縮機(jī)無(wú)法達(dá)到慣性力完全平衡。,(2) 對(duì)稱平衡型壓縮機(jī) 曲柄錯(cuò)角 180，兩缸對(duì)稱布置，運(yùn)動(dòng)方向相反，慣性力方向也相反，兩缸同時(shí)吸氣或同時(shí)排氣。,對(duì)稱平衡型壓縮機(jī),當(dāng)兩列氣缸的往復(fù)質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量相同時(shí)： 慣性力全平衡： 故稱此壓縮機(jī)為：對(duì)稱平衡型壓縮機(jī)。 由于兩缸間距為 a ，將產(chǎn)生慣性力矩，各慣性力矩?zé)o法平衡。,慣性力矩： 慣性力矩雖無(wú)法平衡，但由于力臂 a 較小，則各慣性力矩并不大。,（3）L型壓縮機(jī)慣性力平衡,兩缸曲柄錯(cuò)角 90， 各缸質(zhì)量：,一階慣性力與旋轉(zhuǎn)慣性力不隨 轉(zhuǎn)角變化，并且在一個(gè)方向上。 兩慣性力疊加： 利

13、用曲柄配重來(lái)平衡，取配重為： 同時(shí)，慣性力矩 M、M也無(wú)法平衡，但由于、a 較小，未平衡的慣性力與慣性力矩影響不大，可以不考慮。 L 型壓縮機(jī)平衡性好，結(jié)構(gòu)緊湊，被廣泛應(yīng)用。,2 . 4 往復(fù)式壓縮機(jī)排氣量調(diào)節(jié),氣體流量（體積流量、容積流量） ： （1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié) 利用 n 變化，調(diào)節(jié)氣體流量 。 特點(diǎn)：較經(jīng)濟(jì)，省功，連續(xù)性好，范圍寬。 條件：驅(qū)動(dòng)設(shè)備或傳動(dòng)設(shè)備速度可調(diào)。,（2）管路調(diào)節(jié) 進(jìn)氣節(jié)流： 進(jìn)氣管路上加節(jié)流閥，使 Vs 降低，從而使 降低。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠、經(jīng)濟(jì)、可間歇調(diào)節(jié)。 進(jìn)、排氣管連通（旁路調(diào)節(jié)） 進(jìn)、排氣管用一旁路連接，把部分氣體排放到進(jìn)氣管。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、普遍采用，但不經(jīng)濟(jì) 種類： 自由連通法：旁