过程流体机械2.容积式压缩机(2.1节).ppt

2 2 容积式压缩机容积式压缩机容积式压缩机 依靠工作腔容积的变化来压缩气体，工作腔容积的变化是由运动部件的周期运动来实现的。分为：往复式压缩机和回转式压缩机。容积式压缩机的特点机器转速的改变对工作容积的变化规律没直接影响，故压力与流量关系不大，工作稳定性较好；气体的吸入、排出与气体性质无关，故适应性强、易达到较高压力；机器热效率高（因为泄漏少）；结构复杂，往复式的易损件较多；气体脉动大，易引起气柱、管道振动。主要讲解主要讲解往复式压缩机往复式压缩机2.1 2.1 往复压缩机基本构成和工作过程往复压缩机基本构成和工作过程2.2 2.2 往复压缩机热力和动力性能往复压缩机热力和动力性能2.3 2.3 往复压缩机气阀和密封往复压缩机气阀和密封2.4 2.4 往复压缩机调节和其他附属系统往复压缩机调节和其他附属系统2.5 2.5 往复压缩机选型和结构实例往复压缩机选型和结构实例2.6 2.6 回转式压缩机回转式压缩机2 2 容积式压缩机容积式压缩机 2.1 2.1 往复压缩机基本构成和工作过程往复压缩机基本构成和工作过程内内 容容 提提 要要往复压缩机理论循环和实际循环的区别？往复压缩机理论循环和实际循环的区别？往复压缩机总体结构？往复压缩机总体结构？往复压缩机的工作过程？往复压缩机的工作过程？为什么要采用多级压缩？为什么要采用多级压缩？2.1 2.1 往复压缩机基本构成和工作过程往复压缩机基本构成和工作过程2.1.1 基本构成和工作原理基本构成和工作原理结构示意图结构示意图：立式 L型 H型 L型动画 V型动画机构学原理图机构学原理图：有十字头、无十字头总体构成总体构成：视频视频工作腔部分 汽缸、气阀、活塞传动部分 曲轴、连杆、十字头、活塞杆、十字头销、曲柄销机身部分 支承（连接）气缸与传动部分辅助部分 润滑、冷却、调节、安全阀、消音器、滤清器、缓冲器 汽缸的基本形式汽缸的基本形式 单作用：活塞只有一个工作面，活塞和汽缸构成一个工作腔。双作用：活塞有两个工作面，活塞和汽缸构成两个工作腔（两个 工作腔进行相同级次的压缩）级差式：活塞和汽缸构成两个或两个以上工作腔（工作腔内进行 不同级别的压缩）级级：完成一次气体压缩称为一级 平衡腔平衡腔：不进行气体的压缩的容积腔，其中通入适当压力的气 体，以使活塞往返行程中的活塞力比较均衡。2.1.1 2.1.1 基本构成和工作原理基本构成和工作原理压缩机结构形式压缩机结构形式 列列：把一个连杆对应的一组汽缸及相应动静部件称为一列 （几个连杆就是几列）；一列可能对应一个汽缸，也可能对应串在一起的几个汽缸。根据汽缸中心线与地平面的相应位置，可分为：立式、卧式、角度式对动式对动式：汽缸分布在曲轴两侧，两侧活塞运动两两相向；对置式对置式：汽缸分布在曲轴两侧，两侧活塞运动不对称。2.1.1 2.1.1 基本构成和工作原理基本构成和工作原理 2.1.2.1 级的理论循环 循环:一次进气、压缩、排气过程为一次循环。（曲轴旋转一周，活塞往复运动一次，气缸内相继实现进气、压缩、排 气的过程，即完成一工作循环）级的理论循环的特点：气阀无压力损失，且进、排气压力无波动。压缩过程为绝热或等温过程。所压缩气体为理想气体，压缩过程指数为定值。被压缩气体全部排出汽缸。无泄漏。基本概念：内止点（下止点）外止点（上止点）进程走向外止点回程走向内止点行程两止点间距离示功图（P-V图）2.1.2 2.1.2 压缩机级的工作过程压缩机级的工作过程1.理论循环级的进气量（行程容积）行程容积=活塞迎风面积行程 理论进气量理论进气量=行程容积行程容积2.理论循环指示功（活塞对气体做功为“正”）指示功：完成一个循环所需要的外功。功力功力位移位移2.1.2.1 2.1.2.1 级的理论循环级的理论循环（2-1）2.1.2.1 2.1.2.1 级的理论循环级的理论循环指示功：绝热过程绝热过程:代入式（2-2）可得：（2-2）（2-3）等温过程等温过程:多变过程多变过程:2.1.2.1 2.1.2.1 级的理论循环级的理论循环（2-4）代入式（2-2）可得：代入式（2-2）可得：2.1.2.1 2.1.2.1 级的理论循环级的理论循环一一.级的实际循环的特点：级的实际循环的特点：进、排气阀有损失;进、排气阀阀腔不是无限大，有压力波动;工作容积间断吸气和排气，有压力脉动（实际进气压力低于名义值；实际排气压力高于名义值）（进、排气过程由直线变为曲线）有余隙存在活塞与气缸端面活塞环、气缸、活塞间隙汽缸与气阀的通道（见教材P46：图2-40）活塞杆与汽缸底座的间隙（在填料以前部分）（实际循环有一个膨胀过程）2.1.2.2 2.1.2.2 级的实际循环级的实际循环 过程指数不是定值 （由于冷却和热惰性因素，壁面温度基本恒定）吸气吸气过程气体吸收热量 排气排气过程气体放出热量 压缩压缩过程为多变过程，压缩过程指数为变量 （吸热压缩 绝热压缩 放热压缩）膨胀膨胀过程为多变过程，膨胀过程指数为变量 （放热膨胀 绝热膨胀 吸热膨胀）有泄漏非理想气体，为实际气体 进气或排气系统为固定密封容积2.1.2.2 2.1.2.2 级的实际循环级的实际循环2.1.2.2 2.1.2.2 级的实际循环级的实际循环二二.实际循环级的进气量实际循环级的进气量 容积系数容积系数由于余隙容积气体膨胀使进气量减少的程度 压力系数压力系数由于进气压力降低使进气量减少的程度 温度系数温度系数由于进气温度升高使进气量减少的程度 2.1.2.2 2.1.2.2 级的实际循环级的实际循环（2-8）（2-7）（2-6）吸气系数吸气系数=容积系数压力系数温度系数 即：实际进气量：实际进气量：（2-9）2.1.2.2 2.1.2.2 级的实际循环级的实际循环1.容积系数容积系数 理想气体：实际气体：（2-10）影响影响v的因素的因素(Vs一定时一定时)：1）2.1.2.2 2.1.2.2 级的实际循环级的实际循环（2-11）2）3）m进气压力(绝压)105 Pa 任意k值时 k=1.4时 1.5 m=1+0.5(k-1)m=1.20 1.5-4.0 m=1+0.62(k-1)m=1.25 4.0-10 m=1+0.75(k-1)m=1.30 10-30 m=1+0.88(k-1)m=1.35 30 m=k m=1.40膨胀过程指数膨胀过程指数m的确定的确定2.1.2.2 2.1.2.2 级的实际循环级的实际循环2.压力系数压力系数p吸气结束时，p与关闭状态的弹簧力、进气管道中的压力 波动有关。一般取：级 其它级3.温度系数温度系数t2.1.2.2 2.1.2.2 级的实际循环级的实际循环 t与冷却好坏、该级的压比有关。一般取：t=0.920.98。(参考图2-12)三三.实际循环指示功实际循环指示功设膨胀过程指数=压缩过程指数，即：，且为定值；进气相对压力损失：(根据图2-14取值)排气相对压力损失：进、排气总压力损失：2.1.2.2 2.1.2.2 级的实际循环级的实际循环（2-16）级的实际循环实际循环指示功指示功：（1）对于理想气体：（2）对于实际气体：（2-17）（2-18）其中：其中：2.1.2.2 2.1.2.2 级的实际循环级的实际循环多级压缩多级压缩 一、多级压缩的理由一、多级压缩的理由 省功省功省功的原因有中间冷却器.见图 回冷完善的定义注意 因冷却不完善使气体温度比原始温度每增高3，约使下一级功耗增加1。理论上，级数越多，越接近等温压缩，越省功。2.1.2.3 2.1.2.3 多级压缩多级压缩降低排气温度降低排气温度 T2T2过高，则：润滑油失效（变质、粘性下降）,积炭。腐蚀、爆炸。2.1.2.3 2.1.2.3 多级压缩多级压缩 降低活塞力降低活塞力因为级间冷却进每级的气量容积每级的活塞截面积每级活塞力例如：见图进气压力：0.1MPa出口压力：0.9MPa提高提高 v 2.1.2.3 2.1.2.3 多级压缩多级压缩二、级数的选择二、级数的选择级数多，危害在于：结构复杂设备费用多摩擦损失、流动损失多中间冷却装置多，动力费用多确定级数的原则是：大、中型省功小型移动式重量，省功排气温度限制结论：一定的排气温度下，尽可能少级数、少重量。2.1.2.3 2.1.2.3 多级压缩多级压缩三、压比的分配三、压比的分配假设：不考虑气体可压缩性的差异；不考虑压力损失、余隙影响；各级多变压缩指数相等；回冷完善。压比的分配的原则多级压缩中，各级压比相等，则各级消耗功相等，而压缩机的总功耗最小。压比分配的表达式为：2.1.2.3 2.1.2.3 多级压缩多级压缩注意：有时1，2，3，、Z不等，但是,仍符合上式。实际压比分配中，按照：实际工艺要求；压比受平衡力的限制；1取小些，以使 v1，Vs1,取即即 Z取小些，使调气量时，不致T2太大。破坏等压比分配原则的代价破坏等压比分配原则的代价:功耗大功耗大2.1.2.3 2.1.2.3 多级压缩多级压缩例题：例题：第一级进气体积为第一级进气体积为1m3的空气由的空气由0.1MPa两级压缩到两级压缩到0.9MPa，如果中间冷却完善，如果中间冷却完善，求：求：（1）等压缩比分配时的绝热压缩理论耗功）等压缩比分配时的绝热压缩理论耗功;（2）一级压比为）一级压比为2.5，二级压比为，二级压比为3.6时时 的绝热压缩理论耗功。的绝热压缩理论耗功。解：因为中间冷却完善,所以 所以（1）（2）两者相差：259416.93-258116.67=1300.26J第1 题：教材p97习题1第2题：第一级进气体积为5m3、温度为20、压力为0.1MPa的空气经活塞式压缩机两级压缩至0.9MPa，两级压缩比相等。求：（1）如果中间冷却完善，求绝热压缩时第二级理论 排气温度；（2）如果第一级冷却后空气温度为25，求绝热压 缩 时 一 个 循 环 所 需 要 的 理 论 耗 功。作作 业业往复压缩机机构学原理图（有十字头）：往复压缩机机构学原理图（无十字头）：阀片的开启、关闭由汽缸内外气体压力差与弹簧力控制；阀片的开启、关闭由汽缸内外气体压力差与弹簧力控制；弹簧作用：主要帮助阀片关闭，同时减轻阀片与升程限制器的弹簧作用：主要帮助阀片关闭，同时减轻阀片与升程限制器的 撞击撞击进气压力：进气压力：0.1MPa出口压力：出口压力：0.9MPa 设：截面积：设：截面积：往复压缩机总体结构往复压缩机总体结构复习上节主要内容汽缸的基本形式汽缸的基本形式 单作用 双作用 级差式 平衡腔平衡腔：不进行气体的压缩的容积腔，其中通 入适当压力的气 体，以使活塞往返行 程中的活塞力比较均衡。复习上节主要内容压缩机结构形式压缩机结构形式 立式 卧式 角度式 几个概念：列、对动式、对置式复习上节主要内容复习上节主要内容 压缩机理论循环：压缩机理论循环：理论循环指示功理论循环指示功压缩过程为压缩过程为绝热过程绝热过程时指示功时指示功压缩过程为压缩过程为等温过程等温过程时指示功时指示功复习上节主要内容复习上节主要内容一一 级的理论循环和实际循环的比较级的理论循环和实际循环的比较1.级的理论循环特点：级的理论循环特点：进、排气过程无压力损失，且进、排气压力无波动；（进、排气压力保持恒定，进、排气压力为名义进、排气压力）进、排气过程无热交换；（进、排气温度保持恒定）压缩过程为绝热或等温过程，压缩过程指数为定值；被压缩气体全部排出汽缸；为理想气体；无泄漏。2.1.2.2 2.1.2.2 级的实际循环级的实际循环 2.级的实际循环特点：级的实际循环特点：进、排气有压力损失，有压力波动；（实际进气压力低于名义值；实际排气压力高于名义值）（进、排气过程由直线变为曲线）进、排气过程存在热交换 （吸气过程气体吸收热量；排气过程气体放出热量）压缩过程为多变过程，压缩过程指数为变量；（壁面温度基本恒定：吸热压缩 绝热压缩 放热压缩）存在余隙容积 （实际循环有一个膨胀过程，且膨胀过程为多变过程）非理想气体，为实际气体 有泄漏2.1.2.2 2.1.2.2 级的实际循环级的实际循环实际气体状态方程：实际气体过程方程：2.1.2.2 2.1.2.2 级的实际循环级的实际循环