2容积式压缩机-青岛科技大学机电工程学院

2容积式压缩机-青岛科技大学机电工程学院内容摘要：

，越省功。 ③ 提高气缸容积系数。 λ V↑ 降低活塞受力 ，使各级活塞受力均匀。 • （ 2）级数 z 的选择原则 • 原则：节省功率，结构简单，满足工艺特殊要求。 • 级数 z 选择见表 22。 • 级数的选择主要取决于每级所允许的排气温度。 • 级数少，压比大，排气温度高。 •（ 3）压力比的分配 • 级数 z 选定后，各级压力比分配按等压比为最省功。 • 总压力 比：sdpppp 进出 •zipppppppppppp233423124321.... . . ..某一级排出压力：各级压力比：、各级压力： •（二）排气温度 气体受压缩后，体积减少，但温度升高。 温升与压力比有关。 排气温度计算： mmsdmmTTppTT 111212   每一级的排气温度限制见表 21。 如： 空气压缩机： T2 160~180℃ 石油气压缩机： T2 90~100 ℃ 主要考虑介质的闪点温度，出现“积碳”、氧化爆炸等因素。 压缩机的温度控制一般较严格，温度是检测压缩机正常工作的敏感参数，很多隐患可以从温度中得到。 排气温度问题： 机械温度问题： •（三）热效率 气体在气缸内压缩也存在一个效率问题，此效率为热效率。 热效率：用来反映实际循环指示功与理论循环指示功之间的差异， 差别越大，效率越低。 由热力过程可分为： ① 等温热效率 ： 等温下实际循环功率 等温下理论循环功率  iisiisisi NNNN ③ 绝热热效率 ：绝热下实际循环功率 绝热下理论循环功率  iadiadadi NNNN 《过程流体机械》讲稿 青岛科技大学机电学院 15 冲3mVVV sVhltpVd  压缩机总效率 ： （小型机）（中型机）大型机）一般：绝热下：一般：等温下：~~(~~adadadadimzadadisisimZisisNNNN • 实际气体下的各参数计算 前面所讲皆为理想气体、单分子气体。 满足： pv=RT 或 PV=MRT 实际气体：指高分子气体；石油气；化工气体；混合气体等。 大多数工业气体皆为高分子气体，即实际气体。 （ 1）实际气体的状态方程式 ： ZMRTpV ZRTpv  Z—— 压缩性系数，与气体的性质、压力和温度有关。 用来表 征实际气体偏 离理想气体的程度。 Z 值可以查表、查图得出。 （ 2）实际气体的过程方程式 ： 绝热下： 常数vkpV kkkkkVVZZppVVTTppTTVpVpTvTvkkkkkkTTTTvv—温度绝热指数。 ——容积绝热指数。 —21121212112112122211 任意状态下： TTT kkkTTppppZZVV1111111 （ 2） 实际气体的容积系数 点状态压缩系数。 、—膨胀线—；体的性质。 —膨胀指数，取决于气—341134134ZZnZZ nV    第一级实际排气量： 《过程流体机械》讲稿 青岛科技大学机电学院 16 容积流量（体积流量）： m in3mVnqsVV   最后一级排气 量：冲3111 mVZZTTppV sksskskcVV  （ 3） 实际气体的功、功率    WWnNJZ ZZppVpm mWiimmhVsi6021111 12110121  功率：功：  《过程流体机械》讲稿 青岛科技大学机电学院 17 gF2 . 3 往复活塞式压缩机动力学计算 •压缩机工作时，作用力有三种： （ 1）压缩气体的作用力。 （气体力；工作力；活塞力） （ 2）运动件产生的惯性力。 （往复惯性力和旋转惯性力） （ 3）摩擦力。 （往复摩擦力和旋转摩擦力） 压缩气体力为作功力，是有用力。 惯性力和摩擦力是无用力，有害力。 气体力 气体力：气 缸内气体受活塞压缩时所产生的作用力叫气体力 ))2mAppApFpaipig（—活塞承压面积。 —（—气缸内气体压力。 — 最高排气压力为 pd 时 ： pdg ApF  2211 ApApF g 双作用气缸： 2211 ApApF g 级差式气缸： 计算活塞任意位置的气体力（某瞬时位置）： )ai pig pp ApF （体压力。 —气缸内任意位置的气—  气缸内压力变化： (1) ispp吸 气 过 程 ： 00( 2) misissppxs 压 缩 过 程 ： 00( 3 )( 4 )idmidippsppxs 排 气 过 程 ：膨 胀 过 程 ： 活塞的位移 ：    —曲轴转角。 —曲轴连杆长度比。 式中：lrc onrx i  22 s in1111 《过程流体机械》讲稿 青岛科技大学机电学院 18 加速度）质量  (amI s向心加速度）旋转质量  (2wrmI rrβ θ    2141 c onc onrx 2302s in2s in2 c onc onrdtdandtdrdtdx 活塞加速度：角速度：活塞速度：气体力受力图： （以活塞杆皆受压力） 00( 2) misissppxs 压 缩 过 程 ： • 惯性力计算 往复惯性力： 旋转惯性力： （ 1） 活塞往复运动的速度与加速度 结构尺寸： 曲轴转角：θ 连杆摆角：β 曲轴转速：ω 曲轴连杆长度比：λ = r/ι 一般： λ≤ ~ 活塞上死点：θ = 0 活塞下死点：θ = 180176。 ① 活塞位移： 上式整理得： 速度 方程为正弦曲线， 加速度为余弦曲线。  co nlco nrlrx 《过程流体机械》讲稿 青岛科技大学机电学院 19 39。 lm39。 lm39。 39。 00利用活塞面积与速度求瞬时排量： s i n s i n 22phs p pAxVV A A rtt           瞬 时 排 量 ： 1. ( ) ( , )102( ) )60i iF mN k w F k gfsWnN k w W J       功 率 ： 力（ 功 2. Km动 量 ： 线速度的利用： 2 1 2 0023.4.5.16.2S m m F t S m mM r mLITm             冲 量 ： 冲 量 定 律 ：动 量 矩 ：旋 转 动 量 矩 ：动 能 ： •（ 2）往复运动件的质量 ① 活塞、活塞杆、十字头的总质量： mp ② 连杆，可分解为：直线运动质量： 旋转运动质量： 活塞杆总质量： （旋转运动质量）直线运动质量）lllllllmmmmmmm)~(()~(39。 39。 39。 39。 39。 39。  或： llmmllmmllll 139。 39。 239。  llmm ll 239。  ； lllmlm 139。 39。  曲柄质量 （偏心质量向 集中） 作旋转运动）(21 rmmm ccc  综合质量转化为两部分 《过程流体机械》讲稿 青岛科技大学机电学院 20 M Sυω集中在曲柄销）旋转运动质量：集中在十字头）直线运动质量：((1212llmrmmmllmmmlccrlps (3)往复惯性力 I 惯性力 =质量 +加速度 力的方向：使活塞杆拉为正；压为负。   212 2 IIc o nc o nrmamI ss   分解式：  1180)2()1(0122m i n02m a x02221rmIrmIc onrmIc onrmIssss时惯性力最小，当时惯性力最大，）当（为二阶往复惯性力为一阶往复惯性力 往复惯性力图： •（ 4）旋转惯性力 Ir 旋转惯性力： Ir=旋转质量向心加速度 =mr*ar  力方向与加速度相反2rmI rr  当ω一定时，旋转惯性力大小一定。 惯性力方向沿曲柄半径向外， 即始终为拉力作用。 由于旋转质 量都集中在曲轴上，旋转惯性力只发生在曲轴上。 旋转惯性力可以用曲轴配重来平衡。 • 摩擦力 摩擦力又分为：往复摩擦力和旋转摩擦力。 •（ 1）往复摩擦力 RS 主要发生在：活塞与气缸、活塞杆与填料函、十字头与滑道等。 往复摩擦力所消耗的功率占总摩擦功率 Nm的（ 60%~70%） 《过程流体机械》讲稿 青岛科技大学机电学院 21 60260)~()11(39。 39。 39。 nSRnLNNNNNsmmmmmim往复摩擦功率：总摩擦功率：  )(260)11(~NSnNR ims  •当α =0~180176。 ，摩擦力为正值，连杆受拉力。 •当α =180 176。 ~360176。 ，摩 擦力为负值，连杆受压力 •(2) 旋转摩擦力 Rr •主要发生在：十字头销、连杆瓦、主轴瓦、轴承等。 旋转摩擦力所消耗的功率占总摩擦功率 Nm 的 40%~30%。 )(60)11)(~()(6060)11)(~()~()(239。 39。 39。 39。 NnSNRWnSRnLNNNNJsRrRLimrrmmimmmrrm或旋转摩擦功率：旋转摩擦功： •旋转摩擦力设定位于曲轴连杆瓦处，摩擦力方向与转向相反。 •旋转摩擦力产生旋转摩擦力矩， Mr = Rr r 摩擦力与气体力和惯性力比较小得多，实际压缩机设计计算时可以不考虑。 （本书没有进行计算） • 主要构件受力分析 （一）综合活塞力 综合活塞力 =气体力 +往 复惯性力 +往复摩擦力 Fp=Fg+I+R。