第二章 容積式壓縮機(jī)-3

容積式壓縮機(jī)過程流體機(jī)械機(jī)械設(shè)備第2章 容積式壓縮機(jī)往復(fù)式壓縮機(jī)基本構(gòu)成和工作過程2.1往復(fù)式壓縮機(jī)的熱力性能及動(dòng)力性能2.2往復(fù)式壓縮機(jī)的氣閥與密封2.3

往復(fù)式壓縮機(jī)的調(diào)節(jié)與控制2.4往復(fù)式壓縮機(jī)的選型與結(jié)構(gòu)實(shí)例2.5菜單2.6

回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)2.2往復(fù)式壓縮機(jī)熱力和動(dòng)力性能菜單熱力性能：排氣壓力、排氣量、排氣溫度以及功率和效率動(dòng)力性能：壓縮機(jī)運(yùn)行過程中各種力及力矩分析、飛輪矩的確定及力和力矩的平衡2.2.1壓縮機(jī)的熱力性能（１）排氣壓力壓縮機(jī)最終排氣壓力的大小由排入系統(tǒng)內(nèi)的氣量和從系統(tǒng)輸出的氣量是否平衡所決定。

雖然壓縮機(jī)名牌上都標(biāo)明了額定排氣壓力，但壓縮機(jī)工作時(shí)的排氣壓力往往取決于壓縮機(jī)和排氣系統(tǒng)之間的氣量平衡關(guān)系，只有壓縮機(jī)的排氣量和系統(tǒng)的用氣量之間達(dá)到供求平衡關(guān)系時(shí)，才能保證壓縮機(jī)排氣壓力穩(wěn)定。排氣壓力排氣壓力：氣體量的供需決定排氣系統(tǒng)的壓力：“背壓”

排氣量=需求量：

穩(wěn)定壓力下運(yùn)行排氣量<需求量：

壓力下降排氣量>需求量：

壓力上升，高出一定限度出現(xiàn)事故進(jìn)、排氣系統(tǒng)形式（２）排氣溫度 壓縮機(jī)末級(jí)壓縮終了氣體溫度排氣溫度:壓縮機(jī)出口法蘭Td’是影響壓縮機(jī)正常運(yùn)行的重要參數(shù)排氣溫度過高，潤(rùn)滑油黏度降低、性能惡化積炭及氣體含油成分增加；排氣溫度過高，發(fā)生腐蝕、爆炸等現(xiàn)象排氣溫度過高的原因？改善措施？采用多級(jí)壓縮、進(jìn)氣冷卻，氣體成分變化等)(KTTnnsd1-=eTT’dd<(３）排氣量（容積流量）析出的水蒸氣、被洗滌氣體均計(jì)入排氣量，排氣量是吸氣量與泄露量差值，計(jì)算壓縮機(jī)的幾何尺寸1.排氣量

在所要求的排氣壓力下，壓縮機(jī)最后一級(jí)單位時(shí)間內(nèi)排出的氣體容積，換算到一級(jí)進(jìn)口壓力和溫度時(shí)容積值。一、排氣量定義（實(shí)際與標(biāo)準(zhǔn)兩種）壓縮機(jī)銘牌標(biāo)識(shí)：額定排氣量，特定進(jìn)口狀態(tài)（進(jìn)氣壓力=1個(gè)大氣壓、溫度=20℃）的排氣量。一、排氣量定義壓縮機(jī)實(shí)際排氣量表征壓縮機(jī)的大小，而不表明壓縮機(jī)所能提供的有效氣體數(shù)量。實(shí)際循環(huán)的排氣量理論計(jì)算公式：泄漏系數(shù)是影響實(shí)際循環(huán)排氣量的因素,也可能影響吸氣量。其取值范圍：對(duì)一般有油潤(rùn)滑壓縮機(jī)：對(duì)無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)：氣閥、活塞環(huán)、填料。多級(jí)壓縮機(jī)的級(jí)間管道和輔助設(shè)備（油分、中冷）也可能產(chǎn)生泄漏。外泄漏——漏入大氣、1級(jí)吸氣管道或與1級(jí)吸氣相同的容積中，稱外漏。泄漏部位：泄漏類別：外漏影響排氣量和級(jí)間壓力分配。內(nèi)泄漏——漏出的氣體只是在壓縮機(jī)內(nèi)部從高壓級(jí)漏入低壓級(jí)。選取泄漏系數(shù)時(shí)，通常高壓級(jí)取高些（泄漏影響相對(duì)較小），而低壓級(jí)取低些（后面高壓級(jí)有泄漏，前面低壓級(jí)要多吸氣——相當(dāng)于低壓級(jí)氣缸利用率低）。內(nèi)漏不影響排氣量，只影響級(jí)間壓力分配。內(nèi)漏增大耗功?！钏伎碱}2.7

分析壓縮機(jī)在高海拔地區(qū)運(yùn)行氣量的變化規(guī)律并解釋其原因

吸氣壓力

ps

：一級(jí)進(jìn)氣管道（法蘭測(cè)點(diǎn)）處壓力

（名義或銘牌額定壓力）常壓進(jìn)氣由大氣壓力確定高海拔地區(qū)當(dāng)?shù)卮髿鈮毫次鼩鈮毫?/p>

ps↓若排氣壓力pd不變，則名義壓力比ε↑根據(jù)（2-12）式和（2-11）式容積系數(shù)λV

↓，實(shí)際吸氣量

Vs0↓，容積流量

qV↓

排氣壓力

pd

：末級(jí)排氣接管（法蘭測(cè)點(diǎn)）處壓力（名義或銘牌額定壓力）由儲(chǔ)氣罐壓力（用戶）確定2.標(biāo)準(zhǔn)容積流量（供氣量）壓縮機(jī)單位時(shí)間內(nèi)排出的氣體容積折算到基準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)的干氣體容積值，叫標(biāo)準(zhǔn)排氣量，也稱供氣量。qVN二、供氣量定義級(jí)間如果有冷凝水析出，則被分離的冷凝水不計(jì)入供氣量；

級(jí)間如果進(jìn)行抽氣洗滌凈化，則被洗滌掉的組分不計(jì)入供氣量；

被抽掉氣體若用于工藝流程，則計(jì)入供氣量；

若中途加入其它氣體并由機(jī)組出口排出，則這部分氣體計(jì)入供氣量指示功：壓縮氣體所消耗的功。摩擦功：克服機(jī)械摩擦所消耗的功。軸功率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)主軸所消耗的功率。軸功率為指示功率和摩擦功率之和。(4）功率和效率級(jí)在每轉(zhuǎn)中的指示功：級(jí)的指示功率：?jiǎn)挝唬篧多級(jí)壓縮時(shí)，各級(jí)的指示功率為：W壓縮機(jī)總的指示功率為：W壓縮機(jī)的軸功率為：W常用于比較同一類型壓縮機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，它很直觀，特別是空氣動(dòng)力用壓縮機(jī)常采用比功率來(lái)作為經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)的指標(biāo)。比功率:定義：?jiǎn)挝慌艢饬克牡墓?，單位為kW／(m3／min)或kW／(m3／h)對(duì)皮帶傳動(dòng)要考慮傳動(dòng)效率。另外，還應(yīng)考慮5%~15%功率儲(chǔ)備。則：WW儲(chǔ)備系數(shù)，k=1.05~1.15傳動(dòng)效率，ηc=0.96~0.99壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率：思考題：1.壓力比分配的基本原則？2.排氣量和供氣量的區(qū)別？3.泄漏系數(shù)從低壓級(jí)到高壓級(jí)選取時(shí)如何變化？為何？2.2.2壓縮機(jī)的動(dòng)力性能曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)壓縮機(jī)中的作用力慣性力的平衡切向力圖目的：分析各種作用力及力矩，指導(dǎo)壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，及壓縮機(jī)基礎(chǔ)和減震設(shè)計(jì),保證壓縮機(jī)安全平穩(wěn)運(yùn)行1曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)一、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為兩質(zhì)點(diǎn)的簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)。（1）曲柄銷E點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（2）活塞銷B點(diǎn)的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)1、曲柄銷E點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系1曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)2、活塞銷B點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系活塞位移：1曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)一質(zhì)量的換算2壓縮機(jī)中的作用力往復(fù)式運(yùn)動(dòng)的零件：連桿、曲柄、活塞、活塞桿、十字頭等

作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的零件：活塞、活塞桿、十字頭

作單純旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件：曲軸、飛輪

作復(fù)雜性運(yùn)行的零件：連桿轉(zhuǎn)化

Q離O點(diǎn)的距離為，對(duì)O-O軸產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)慣性力為:

轉(zhuǎn)化成作用在曲柄銷E中心點(diǎn)上的等效旋轉(zhuǎn)慣性力為：故曲軸上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)慣性力為：連桿質(zhì)量的轉(zhuǎn)化粗略認(rèn)為連桿質(zhì)量的大部分集中在大頭，小部分集中在小頭，對(duì)于大多數(shù)壓縮機(jī)的連桿可取：總運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的轉(zhuǎn)化旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量二作用力的計(jì)算（

1）壓縮氣體的作用力；（氣體力）（

2）運(yùn)動(dòng)件產(chǎn)生的慣性力；（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）（4）總和活塞力氣體力：汽缸內(nèi)氣體受活塞壓縮時(shí)所產(chǎn)生的作用力。是內(nèi)力，不會(huì)傳到機(jī)身

(1)氣體力

氣體力受力圖：

在外止點(diǎn)位置滿負(fù)載停車氣體力最大FgθFg=piAp360°180°（2）

慣性力計(jì)算由于曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量已轉(zhuǎn)化到圖示的E點(diǎn)和B點(diǎn)，可將慣性力分成往復(fù)慣性力和旋轉(zhuǎn)慣性力。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量(a)往復(fù)慣性力I慣性力分解式：

往復(fù)慣性力圖：I1I11I討論：1）一階、二階往復(fù)慣性力數(shù)值都是周期性變化的，變化規(guī)律與加速度規(guī)律一致，即在內(nèi)外止點(diǎn)，慣性力最大；2）慣性力大小正比于速度的平方，因此改變轉(zhuǎn)速時(shí)，必須注意到慣性力的變化對(duì)機(jī)器帶來(lái)的影響，故在設(shè)計(jì)高速壓縮機(jī)時(shí)，應(yīng)特備注意慣性力的大小。

往復(fù)慣性力圖：

（b）旋轉(zhuǎn)慣性力

旋轉(zhuǎn)慣性力：旋轉(zhuǎn)質(zhì)量×向心加速度當(dāng)ω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，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。Fmrωmr(3)摩擦力

接觸面間產(chǎn)生的摩擦力，其值取決于彼此間的正壓力和摩擦系數(shù)。作用運(yùn)動(dòng)件上的摩擦力其方向始終與運(yùn)動(dòng)方向相反，大小隨變化且規(guī)律比較復(fù)雜。摩擦力又分為：往復(fù)摩擦力和旋轉(zhuǎn)摩擦力。（a）往復(fù)摩擦力可看做是有活塞與汽缸壁、活塞桿與填料、十字頭與滑道等所有摩擦的總和，通?？梢暈槎ㄖ?。往復(fù)摩擦力所消耗的功率占總摩擦功率Nm的（60%~70%）當(dāng)θ=0-180°，摩擦力為正值，連桿受拉力。當(dāng)θ=180°-360°，摩擦力為負(fù)值，連桿受壓力（b）旋轉(zhuǎn)摩擦力

主要發(fā)生在：曲柄銷、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30%~40%。（4）綜合活塞力綜合活塞力=氣體力+往復(fù)慣性力+往復(fù)摩擦力三活塞壓縮機(jī)主要零部件受力分析1、活塞組件的受力分析（如圖a所示）綜合活塞力=氣體力+往復(fù)慣性力+往復(fù)摩擦力2、十字頭受力分析（如圖a所示）有三個(gè)力：活塞桿作用力F、連桿力Ft、十字頭側(cè)向力Fn連桿力：側(cè)向力：3、連桿受力分析連桿式一根二力桿件，桿身受到連桿力的拉或壓作用，并隨而改變FtFtFtFt為簡(jiǎn)化計(jì)算，工程上常用最大氣體力來(lái)進(jìn)行連桿強(qiáng)度與穩(wěn)定性的校核4、曲軸受力分析連桿力Ft沿連桿作用在曲柄銷E點(diǎn)上，并分為兩個(gè)分力，一個(gè)是法向力，另一個(gè)是切向力曲軸除受法向力外，尚有不平衡的回轉(zhuǎn)慣性力，這些力由軸頸處的支座反力予以平衡5、曲軸受力矩分析（1）切向力Ftt對(duì)曲軸產(chǎn)生力矩，稱為切向力矩此力矩阻止原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，所以是旋轉(zhuǎn)阻力矩。（2）旋轉(zhuǎn)摩擦阻力矩——平均旋轉(zhuǎn)摩擦力曲軸上總的阻力矩：此外，曲軸上還作用有原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩，總阻力局是隨變化，而是不變的。由于為減小角速度的波動(dòng)，應(yīng)設(shè)法增大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J,即設(shè)置飛輪。當(dāng)Me＞FTzr時(shí)，供大于求，壓縮機(jī)加速，由于飛輪慣性大，加速困難，此時(shí)飛輪就吸收并儲(chǔ)存能量。飛輪的作用當(dāng)Me＜FTzr時(shí)，供不應(yīng)求，壓縮機(jī)減速，由于飛輪慣性大，減速困難，此時(shí)飛輪就釋放能量。飛輪的作用設(shè)置飛輪的目的和作用：儲(chǔ)存和釋放能量，保持主軸轉(zhuǎn)速基本穩(wěn)定。四機(jī)身和基礎(chǔ)受力與力矩分析上述這些力在機(jī)身上的總作用效果是：

往復(fù)慣性力傳到基礎(chǔ)上，由于它的方向和數(shù)值隨曲軸轉(zhuǎn)角周期性改變，因而能引起機(jī)器的振動(dòng)；

旋轉(zhuǎn)慣性力作用在主軸承上，它也能引起機(jī)器的振動(dòng)；

氣體力和摩擦力對(duì)機(jī)身而言都是內(nèi)力，不傳給基礎(chǔ)。側(cè)覆力矩周期性變化，機(jī)器自身無(wú)法平衡，造成機(jī)器振動(dòng)、搖擺，立式機(jī)更明顯。措施：機(jī)體、基礎(chǔ)加大，提高穩(wěn)定性3慣性力的平衡從壓縮機(jī)的受力分析可知，通過機(jī)身傳到基礎(chǔ)上的力和力矩有：

（1）不平衡的旋轉(zhuǎn)慣性力

（2）往復(fù)慣性力（3）反轉(zhuǎn)矩這些力和力矩的周期性變化是壓縮機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)的原因（1）

旋轉(zhuǎn)質(zhì)量慣性力的平衡如圖所示，即采用在曲柄相對(duì)方向裝上“平衡重”這一特殊零件，使其產(chǎn)生的離心力與曲柄連桿機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)質(zhì)量慣性力大小相等，方向相反，以達(dá)到平衡的目的msωamsrω2rIox=msrω2sinaIoy=msrω2cosaFmw=msrω2cosa若在曲柄相反方向的半徑為r處加一質(zhì)量為ms的平衡重，則其產(chǎn)生的離心力為：垂直方向分力水平方向分力y方向慣性力可平衡（2）單列壓縮機(jī)往復(fù)慣性力的平衡但是，卻在水平方向產(chǎn)生了分力

其變化規(guī)律同一階往復(fù)慣性力相同，只是方向相差90°。單列往復(fù)壓縮機(jī)的往復(fù)慣性力無(wú)法平衡。但可轉(zhuǎn)變方向。結(jié)論設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)立式壓縮機(jī)常用加部分平衡重的方法將一階往復(fù)慣性力的15%~20%轉(zhuǎn)化到水平方位，以減輕軸承的垂直載荷；對(duì)臥式壓縮機(jī)，則將一階往復(fù)慣性力的30%~50%轉(zhuǎn)化到垂直方向，以減輕水平方向的振動(dòng)。應(yīng)用（3）多列壓縮機(jī)往復(fù)慣性力的平衡曲柄錯(cuò)角δ=180°兩列立式壓縮機(jī)列間距為a,以第一列為基準(zhǔn)列。第一列活塞位于外止點(diǎn)時(shí)a1=0°，a2=180°+a1

第一列慣性力第二列慣性力向上向上向下向上哪些互為抵消？哪些互相疊加？將兩列慣性力向重心平面轉(zhuǎn)化，合成慣性力及力矩為：當(dāng)兩列往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量相等時(shí)：當(dāng)兩列往復(fù)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量相等時(shí)可見兩列往復(fù)質(zhì)量相等時(shí)自動(dòng)平衡無(wú)法平衡（4）對(duì)動(dòng)式壓縮機(jī)往復(fù)慣性力的平衡兩列氣缸對(duì)稱布置在曲軸兩側(cè)，（對(duì)稱