第二章 容積式壓縮機

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1、第二章第二章 容積式壓縮機容積式壓縮機是依靠是依靠工作腔容積工作腔容積的變化來壓縮氣體，因而它具有容積可周期變化的的變化來壓縮氣體，因而它具有容積可周期變化的工作腔。工作腔。容積式壓縮機可分為容積式壓縮機可分為往復(fù)式往復(fù)式和和回轉(zhuǎn)式回轉(zhuǎn)式兩大類型，前者的運動部件進行兩大類型，前者的運動部件進行往復(fù)運動往復(fù)運動，后者的運動部件做，后者的運動部件做單方向回轉(zhuǎn)運動單方向回轉(zhuǎn)運動。本章重點介紹往復(fù)式。本章重點介紹往復(fù)式壓縮機（活塞壓縮機），簡單介紹回轉(zhuǎn)式壓縮機，前者的絕大數(shù)基本壓縮機（活塞壓縮機），簡單介紹回轉(zhuǎn)式壓縮機，前者的絕大數(shù)基本理論同樣適用于后者。理論同樣適用于后者。容積式壓縮機的工作原理：容

2、積式壓縮機的工作原理：Positive-displacement compressors:Reciprocating compressors Rotary positive-displacement compressorsl Reciprocating compressors are positive-displacement machines in which the compressing and displacing element is a piston having a reciprocating motion within a cylinderl Rotary positive-d

3、isplacement compressors are machines in which compression and displacement is effected by the positive action of rotating elements.Rotary positive-displacement compressors include:Sliding-vane compressorsLiquid piston compressorsTwo-impeller straight-lobe compressorsHelical-,or,spiral-lobe compresso

4、rs 容積式壓縮機的主要特點：容積式壓縮機的主要特點：l 壓縮機的氣體吸入和排出是間歇的壓縮機的氣體吸入和排出是間歇的，容易引起氣柱及，容易引起氣柱及管道振動管道振動 l工作腔的容積變化規(guī)律工作腔的容積變化規(guī)律只取決于機構(gòu)的尺寸，機器壓力只取決于機構(gòu)的尺寸，機器壓力與流動量關(guān)系不大，工作的穩(wěn)定性較好與流動量關(guān)系不大，工作的穩(wěn)定性較好l氣體的吸入和排出氣體的吸入和排出是靠工作腔容積變化，與氣體性質(zhì)是靠工作腔容積變化，與氣體性質(zhì)關(guān)系不大，故機器適應(yīng)性強并容易達到較高的壓力關(guān)系不大，故機器適應(yīng)性強并容易達到較高的壓力l 機器的熱效率較高機器的熱效率較高l 結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，尤其是往復(fù)式壓縮機

5、易于損壞的零件多，尤其是往復(fù)式壓縮機易于損壞的零件多2.1 往復(fù)式壓縮機基本結(jié)構(gòu)和往復(fù)式壓縮機基本結(jié)構(gòu)和 工作過程工作過程2.1.1 基本結(jié)構(gòu)和工作過程基本結(jié)構(gòu)和工作過程一、總體結(jié)構(gòu)一、總體結(jié)構(gòu)二、壓縮機結(jié)構(gòu)部件大致可分為如下三大部分：二、壓縮機結(jié)構(gòu)部件大致可分為如下三大部分：（1）工作腔部分）工作腔部分 工作腔部分是直接處理氣體的部分，包括工作腔部分是直接處理氣體的部分，包括汽缸、活塞、氣閥等汽缸、活塞、氣閥等，構(gòu)成有，構(gòu)成有進、出道的封閉空間。活塞桿穿出工作腔端板的部位設(shè)有填料，用以密進、出道的封閉空間?；钊麠U穿出工作腔端板的部位設(shè)有填料，用以密封間隙，活塞上設(shè)置的活塞環(huán)也是起密封作用的。

6、封間隙，活塞上設(shè)置的活塞環(huán)也是起密封作用的。（2）傳動部分）傳動部分 傳動部分把電動機的旋轉(zhuǎn)運動化轉(zhuǎn)化為活塞的往復(fù)運動，包括傳動部分把電動機的旋轉(zhuǎn)運動化轉(zhuǎn)化為活塞的往復(fù)運動，包括曲軸、連曲軸、連桿、十字頭等桿、十字頭等，往復(fù)運動的活塞通過活塞桿與十字頭連接。，往復(fù)運動的活塞通過活塞桿與十字頭連接。（3）機身部分）機身部分 機身部分是用來支撐（或連接）氣缸部分與傳動部分的零件，機身部分是用來支撐（或連接）氣缸部分與傳動部分的零件，包括包括機身（或稱曲軸箱）、中體、中間接筒等機身（或稱曲軸箱）、中體、中間接筒等，其上還可能安裝有其他，其上還可能安裝有其他附屬設(shè)備。附屬設(shè)備。（4）輔助設(shè)備：）輔助設(shè)

7、備：潤滑系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)三、活塞壓縮機的機構(gòu)學(xué)原理三、活塞壓縮機的機構(gòu)學(xué)原理 四、氣閥（進、排氣閥）主要結(jié)構(gòu)（圖四、氣閥（進、排氣閥）主要結(jié)構(gòu)（圖2-3）：）：l 閥座（板）閥座（板）l 彈簧彈簧l 升程限制器升程限制器l 閥片閥片 五、氣缸基本形式和工作腔五、氣缸基本形式和工作腔l單作用汽缸單作用汽缸 l雙作用汽缸雙作用汽缸 l級差式汽缸級差式汽缸 u平衡腔平衡腔 六、壓縮機的結(jié)構(gòu)形式（圖六、壓縮機的結(jié)構(gòu)形式（圖2-5）l 往復(fù)式壓縮機級往復(fù)式壓縮機級l 往復(fù)式壓縮機列（多列）往復(fù)式壓縮機列（多列）單列或多列活塞壓縮機根據(jù)汽缸中心線與地平面的相對位置，可概

8、括為單列或多列活塞壓縮機根據(jù)汽缸中心線與地平面的相對位置，可概括為立式、臥式、角度式立式、臥式、角度式三類三類2.1.2 壓縮機級的工作過程壓縮機級的工作過程 一、級的理論循環(huán)一、級的理論循環(huán)(1)級的理論循環(huán)級的理論循環(huán)假設(shè)假設(shè)：l氣缸沒有余隙容積，被壓縮氣體能全部氣缸沒有余隙容積，被壓縮氣體能全部排出汽缸排出汽缸 l進排氣過程無壓力損失、壓力波動、進排氣過程無壓力損失、壓力波動、熱交換，吸、排氣壓力為定值熱交換，吸、排氣壓力為定值 l壓縮過程和排氣過程無氣體泄漏壓縮過程和排氣過程無氣體泄漏 l 所壓縮過程的氣體為理想氣體，其過所壓縮過程的氣體為理想氣體，其過程指數(shù)為定值程指數(shù)為定值 l 壓

9、縮過程為等溫或絕熱過程壓縮過程為等溫或絕熱過程(2)理論循環(huán)理論循環(huán)級的進氣量級的進氣量 l進氣量進氣量 Vs l 行程容積或掃氣容積行程容積或掃氣容積 Vs 理論循環(huán)中，級所吸進的氣量為活塞迎風(fēng)面積理論循環(huán)中，級所吸進的氣量為活塞迎風(fēng)面積Ap與其行程與其行程s的乘積，即的乘積，即活塞一個行程所掃過的容積活塞一個行程所掃過的容積 sAVps(3)理論循環(huán)理論循環(huán)指示功指示功 21ppiVdpW 1)(111211kkadippkkVpW1211lnppVpWisil等熵壓縮循環(huán)指示功等熵壓縮循環(huán)指示功 l等溫壓循環(huán)指示式功等溫壓循環(huán)指示式功 二、級的實際循環(huán)二、級的實際循環(huán)(1)實際循環(huán)與理論

10、循環(huán)的差別實際循環(huán)與理論循環(huán)的差別 l 汽缸有余隙容積汽缸有余隙容積 l 進、排氣通道及氣閥有阻力進、排氣通道及氣閥有阻力 l 氣體與汽缸各接觸壁面間存在溫差氣體與汽缸各接觸壁面間存在溫差 l 汽缸容積不可能絕對密封汽缸容積不可能絕對密封 l 閥室容積不是無極限大閥室容積不是無極限大 l 實際氣體性質(zhì)不同于理想氣體實際氣體性質(zhì)不同于理想氣體 l 在特殊的條件下使用壓縮機在特殊的條件下使用壓縮機(2)實際循環(huán)指示圖實際循環(huán)指示圖(3)實際循環(huán)級的進氣量實際循環(huán)級的進氣量 l余隙容積中高壓氣體的膨脹占去了活塞的一部分行程，使吸進的氣體減少了余隙容積中高壓氣體的膨脹占去了活塞的一部分行程，使吸進的氣

11、體減少了V1 l其次由于進氣過程中存在阻力，使吸氣終了時汽缸內(nèi)壓力其次由于進氣過程中存在阻力，使吸氣終了時汽缸內(nèi)壓力pa低于名義值，若低于名義值，若把氣體由壓力把氣體由壓力Pa折合到名義值，則容積又減少了折合到名義值，則容積又減少了V2 l另外由于熱交換的影響使吸入終了溫度另外由于熱交換的影響使吸入終了溫度Ta高于名義值，若把氣體溫度高于名義值，若把氣體溫度Ta再折再折合到名義值合到名義值,則容積又減少了則容積又減少了V3 實際循環(huán)級的進氣量實際循環(huán)級的進氣量 VS3：令折算到令折算到進口壓力和溫度進口壓力和溫度的實際吸入容積的實際吸入容積 吸氣系數(shù)（充氣系數(shù)）：吸氣系數(shù)（充氣系數(shù)）：實際循環(huán)

12、級的進氣量實際循環(huán)級的進氣量 VS3與行程容積與行程容積Vs的比的比值稱為值稱為s。sssVV3sssVV323121sssssssVVVVVVssVV112sspVV23sstVVtps容積系數(shù)容積系數(shù) 壓力系數(shù)壓力系數(shù) 溫度系數(shù)溫度系數(shù) 吸氣系數(shù)吸氣系數(shù)吸氣系數(shù)吸氣系數(shù)容積系數(shù)容積系數(shù)：根據(jù)根據(jù)氣體狀態(tài)方程氣體狀態(tài)方程和和過程方程過程方程可推導(dǎo)得到容積系數(shù)的計算式可推導(dǎo)得到容積系數(shù)的計算式 理想氣體理想氣體實際氣體實際氣體)1(11m)1(1134mZZscVV12pp結(jié)構(gòu)和運動參數(shù)對容積系數(shù)與進氣量的影響結(jié)構(gòu)和運動參數(shù)對容積系數(shù)與進氣量的影響l其他條件相同時，其他條件相同時，膨脹指數(shù)減小

13、過程曲線變得平坦膨脹指數(shù)減小過程曲線變得平坦，氣體膨脹占據(jù)的，氣體膨脹占據(jù)的汽缸體積更大。膨脹指數(shù)的大小取決于膨脹過程中傳給氣體熱量的多少，汽缸體積更大。膨脹指數(shù)的大小取決于膨脹過程中傳給氣體熱量的多少，傳給的熱量越多，膨脹指數(shù)越小，反之則越大。一般膨脹指數(shù)比壓縮指傳給的熱量越多，膨脹指數(shù)越小，反之則越大。一般膨脹指數(shù)比壓縮指數(shù)小，主要是因為膨脹過程中單位容積氣體接觸到的汽缸面積大于壓縮數(shù)小，主要是因為膨脹過程中單位容積氣體接觸到的汽缸面積大于壓縮過程，膨脹過程中氣體主要接觸的汽缸接近缸蓋的部位及活塞表面溫度過程，膨脹過程中氣體主要接觸的汽缸接近缸蓋的部位及活塞表面溫度都很高，故膨脹過程傳給氣

14、體的熱量要比壓縮過程傳出的熱量多，過程都很高，故膨脹過程傳給氣體的熱量要比壓縮過程傳出的熱量多，過程指數(shù)變小。指數(shù)變小。l相對余隙容積和膨脹指數(shù)一定是時相對余隙容積和膨脹指數(shù)一定是時，排氣壓力越高，相應(yīng)余隙容積內(nèi)，排氣壓力越高，相應(yīng)余隙容積內(nèi)的氣體膨脹至吸氣壓力所占據(jù)的汽缸體積也越大，壓縮機的容積系數(shù)就的氣體膨脹至吸氣壓力所占據(jù)的汽缸體積也越大，壓縮機的容積系數(shù)就越小，當壓力比高到一定數(shù)值后，膨脹的氣體就占據(jù)整個汽缸，壓縮機越小，當壓力比高到一定數(shù)值后，膨脹的氣體就占據(jù)整個汽缸，壓縮機進氣量為零。進氣量為零。l行程容積一定時行程容積一定時，壓力比和膨脹系數(shù)相同的情況下，相對余隙越大，壓力比和膨

15、脹系數(shù)相同的情況下，相對余隙越大，容積系數(shù)就減小，相對余隙大到一定程度時，高壓力氣體膨脹占據(jù)了整容積系數(shù)就減小，相對余隙大到一定程度時，高壓力氣體膨脹占據(jù)了整個汽缸容積，此時汽缸就不能吸入新的氣體了。個汽缸容積，此時汽缸就不能吸入新的氣體了。壓力系數(shù)：壓力系數(shù)：111ppppap有兩個因素影響有兩個因素影響pl進氣閥關(guān)閉狀態(tài)的進氣閥關(guān)閉狀態(tài)的彈簧力彈簧力，進氣閥彈簧越硬，為克服彈簧力開啟發(fā)片，進氣閥彈簧越硬，為克服彈簧力開啟發(fā)片所需要的壓差就越大，就越小所需要的壓差就越大，就越小l另一個是進氣導(dǎo)管中的另一個是進氣導(dǎo)管中的壓力波動壓力波動，吸氣結(jié)束時，如果氣流剛好處于波峰，吸氣結(jié)束時，如果氣流剛

16、好處于波峰，實際上對缸內(nèi)的氣體起到了增壓的作用，甚至造成實際上對缸內(nèi)的氣體起到了增壓的作用，甚至造成pa高于高于p1,即即 1 的情的情況；反之。若處于波谷，則使吸氣結(jié)束時汽缸內(nèi)的壓力比正常狀態(tài)還要低。況；反之。若處于波谷，則使吸氣結(jié)束時汽缸內(nèi)的壓力比正常狀態(tài)還要低。設(shè)計計算中，壓力系數(shù)一般根據(jù)經(jīng)驗選取，氣閥彈簧力設(shè)計正確時，對于進氣設(shè)計計算中，壓力系數(shù)一般根據(jù)經(jīng)驗選取，氣閥彈簧力設(shè)計正確時，對于進氣壓力等于或者接近大氣壓力的第一級，壓力系數(shù)約為壓力等于或者接近大氣壓力的第一級，壓力系數(shù)約為0.950.98，其余各級因，其余各級因為彈簧力相對氣體壓力要小得多，故取為彈簧力相對氣體壓力要小得多，

17、故取0.981.0.p 溫度系數(shù)溫度系數(shù) 其大小取決于其大小取決于進氣過程中傳給氣體的熱量進氣過程中傳給氣體的熱量 l其一為進氣過程中自通道、缸壁和活塞傳給的熱量，其一為進氣過程中自通道、缸壁和活塞傳給的熱量，這部分熱量與壁面和氣體的溫差、活塞平均速度以及氣體密度有關(guān)，這部分熱量與壁面和氣體的溫差、活塞平均速度以及氣體密度有關(guān)，而壁面得溫度主要取決于壓力比的大小和汽缸的冷卻情況，以及氣而壁面得溫度主要取決于壓力比的大小和汽缸的冷卻情況，以及氣閥的結(jié)構(gòu)形成式和布置等。閥的結(jié)構(gòu)形成式和布置等。l其二為進氣過程中由于壓力損傷所消耗的功，它也變其二為進氣過程中由于壓力損傷所消耗的功，它也變熱量而加給氣

18、體。熱量而加給氣體。溫度系數(shù)選?。簻囟认禂?shù)選取：I 區(qū)范圍區(qū)范圍適用于雙原子氣體；大氣量、或汽缸冷卻良好、或進氣壓力損失小、或高速壓適用于雙原子氣體；大氣量、或汽缸冷卻良好、或進氣壓力損失小、或高速壓縮機可取較高值；小氣量、轉(zhuǎn)低速或冷式壓縮機較低值；縮機可取較高值；小氣量、轉(zhuǎn)低速或冷式壓縮機較低值；II 區(qū)區(qū)使用于汽缸不冷卻的制冷壓縮機，對于直流式（進氣閥布置在活塞頂上）應(yīng)取較大值，使用于汽缸不冷卻的制冷壓縮機，對于直流式（進氣閥布置在活塞頂上）應(yīng)取較大值，一般形式取較小值。一般形式取較小值。III 區(qū)區(qū)適用于進氣溫度低于適用于進氣溫度低于-25時的制冷壓縮機等。時的制冷壓縮機等。（4）實際循

19、環(huán)指示功）實際循環(huán)指示功 實際循環(huán)進行簡化實際循環(huán)進行簡化 用固定的進、排氣壓損失代替了動態(tài)變化的進、排壓力損失，并認為壓縮用固定的進、排氣壓損失代替了動態(tài)變化的進、排壓力損失，并認為壓縮指數(shù)指數(shù)n和膨脹指數(shù)和膨脹指數(shù)m均為定值。則簡化的實際循環(huán)指示功均為定值。則簡化的實際循環(huán)指示功:假設(shè)壓縮和膨脹過程指數(shù)相等，則實際循環(huán)指示功可積分為假設(shè)壓縮和膨脹過程指數(shù)相等，則實際循環(huán)指示功可積分為 3 4 2 1vdpvdpWi)1(1)1(1 111nnnnnVpWsi)1(012ppvn)1(1111111ppppps22222pppppdds0實際循環(huán)指示功實際循環(huán)指示功 l對于理想氣體（實際壓縮

20、循環(huán)）對于理想氣體（實際壓縮循環(huán)）1)1(1)1(11nnosvsinnVpWl對于實際氣體（實際壓縮循環(huán)）對于實際氣體（實際壓縮循環(huán)）1211121)1(1)1(ZZZnnVpWnnosvsi過程指數(shù)對低壓級可取過程指數(shù)對低壓級可取n=（0.950.99）k，中、高壓級可取，中、高壓級可取n=k 三、多級壓縮三、多級壓縮 所謂多級壓縮，是將氣體的壓縮過程分在若干級中進行，并在每級壓所謂多級壓縮，是將氣體的壓縮過程分在若干級中進行，并在每級壓縮之后將氣體導(dǎo)入中間冷器進行冷卻縮之后將氣體導(dǎo)入中間冷器進行冷卻(1)多級壓縮的理由多級壓縮的理由 l節(jié)省壓縮氣體的指示功節(jié)省壓縮氣體的指示功 l降低排氣

21、溫度降低排氣溫度 l提高容積系數(shù)提高容積系數(shù) l 降低活塞上的氣體力降低活塞上的氣體力(2)級數(shù)選擇的原則級數(shù)選擇的原則 l對于大中型壓縮機，一般應(yīng)以最省力為原則，而不吝惜級增多。對于大中型壓縮機，一般應(yīng)以最省力為原則，而不吝惜級增多。l對于小型移動式壓縮機，雖然也應(yīng)注意節(jié)省功的消耗，但往往重量對于小型移動式壓縮機，雖然也應(yīng)注意節(jié)省功的消耗，但往往重量是主要矛盾，因此級數(shù)選擇多取決于每一級所允許的排氣溫度。在排是主要矛盾，因此級數(shù)選擇多取決于每一級所允許的排氣溫度。在排氣溫度允許范圍內(nèi)，盡量選用較少的級數(shù)，以減輕重量。氣溫度允許范圍內(nèi)，盡量選用較少的級數(shù)，以減輕重量。l對于一些特殊氣體壓縮機，

22、在溫度太高時化學(xué)性質(zhì)會受到影響，因?qū)τ谝恍┨厥鈿怏w壓縮機，在溫度太高時化學(xué)性質(zhì)會受到影響，因此級數(shù)的選擇也取決于每一級所允許的溫度。此級數(shù)的選擇也取決于每一級所允許的溫度。(3)級數(shù)的選取級數(shù)的選取單級的最佳壓力比單級的最佳壓力比 l級的等溫指示效率：對獨立的某一級或單級而言，把級的理論等溫循環(huán)級的等溫指示效率：對獨立的某一級或單級而言，把級的理論等溫循環(huán)指示功與實際循環(huán)指示功之比定義為級的等溫指示效率指示功與實際循環(huán)指示功之比定義為級的等溫指示效率 1)1(1ln101111nnnnVpVpisil單級的最佳壓力比單級的最佳壓力比總的進氣壓損失在總的進氣壓損失在10%20%、過程指數(shù)在、過程

23、指數(shù)在1.21.7時，級的最佳壓比時，級的最佳壓比約約24，實際多級壓縮機的單級壓力比多在，實際多級壓縮機的單級壓力比多在3左右左右 多級壓縮機的最佳級數(shù)多級壓縮機的最佳級數(shù) 多級壓縮機如果從省功角度考慮，應(yīng)使整個機器的等溫指示效率最高。多級壓縮機如果從省功角度考慮，應(yīng)使整個機器的等溫指示效率最高。根據(jù)不同排氣壓力時，不同級數(shù)壓縮機的等溫指示效率計算曲線來確定根據(jù)不同排氣壓力時，不同級數(shù)壓縮機的等溫指示效率計算曲線來確定多級壓縮機的最佳級數(shù)。多級壓縮機的最佳級數(shù)。按等壓力比分配總壓力比，等溫指示效率最高，確定多按等壓力比分配總壓力比，等溫指示效率最高，確定多級壓縮機級數(shù)。級壓縮機級數(shù)。Ztz為

24、壓縮機級數(shù)。對于實際氣體，各級功耗相等時，等溫指示效率最高，為壓縮機級數(shù)。對于實際氣體，各級功耗相等時，等溫指示效率最高，故按各級功耗相等的原則分配壓力比。故按各級功耗相等的原則分配壓力比。壓縮機設(shè)計時，壓力比的分配不能只考慮最省工這一原則，還要考慮壓縮機設(shè)計時，壓力比的分配不能只考慮最省工這一原則，還要考慮其他一些因素，而在等壓比分配原則基礎(chǔ)上有所調(diào)整其他一些因素，而在等壓比分配原則基礎(chǔ)上有所調(diào)整：l為提高壓縮機的總體積容積效率，一般第一級的壓力比要選得小一些，為提高壓縮機的總體積容積效率，一般第一級的壓力比要選得小一些，其他級低約其他級低約5%-10%；l如果第一級的進氣溫度很低，有時為了

25、控制整個壓縮機的排溫，還如果第一級的進氣溫度很低，有時為了控制整個壓縮機的排溫，還故意把一級壓比取得比其他級高故意把一級壓比取得比其他級高5%-10%；l壓縮機排氣壓力變化時，末級壓力比所受影響較大，如果排氣背壓提高，壓縮機排氣壓力變化時，末級壓力比所受影響較大，如果排氣背壓提高，末級比和排溫首先升高，所以有時為控制末級排溫，最后一級的壓力比末級比和排溫首先升高，所以有時為控制末級排溫，最后一級的壓力比也取得比其他級底也取得比其他級底5%15%；l有時考慮到活塞力平衡的需要，某些級次的壓力比克當做適當調(diào)整。有時考慮到活塞力平衡的需要，某些級次的壓力比克當做適當調(diào)整?；趬嚎s機終壓與級數(shù)經(jīng)驗關(guān)系

26、基于壓縮機終壓與級數(shù)經(jīng)驗關(guān)系2.2 往復(fù)壓縮機熱力和動力性能往復(fù)壓縮機熱力和動力性能2.2.1 壓縮機的熱力性能和計算壓縮機的熱力性能和計算活塞壓縮機的熱力性能是指活塞壓縮機的熱力性能是指排氣壓力排氣壓力、排氣量排氣量、排氣溫度排氣溫度以及以及功率功率和和效率效率 一、排氣壓力和進、排氣系統(tǒng)一、排氣壓力和進、排氣系統(tǒng) l排氣壓力排氣壓力 l額定排氣壓力額定排氣壓力 l背壓背壓 l 進、排氣的系統(tǒng)進、排氣的系統(tǒng) 壓縮機的進、排氣系統(tǒng)決定了壓縮機的工作狀態(tài)和工作方式，各種壓壓縮機的進、排氣系統(tǒng)決定了壓縮機的工作狀態(tài)和工作方式，各種壓縮機的進、排氣系統(tǒng)大致可分成四類縮機的進、排氣系統(tǒng)大致可分成四類

27、二、二、排氣溫度和壓縮終了溫度排氣溫度和壓縮終了溫度(1)壓縮機的排氣溫度壓縮機的排氣溫度：是在該級工作腔排氣法蘭接管處測得的氣體溫度是在該級工作腔排氣法蘭接管處測得的氣體溫度(2)壓縮終了溫度：壓縮終了溫度：是工作腔內(nèi)氣體完成壓縮過程，開始排氣時的溫度是工作腔內(nèi)氣體完成壓縮過程，開始排氣時的溫度 nnsdTT1nnadTT1(3)關(guān)于排氣溫度的限制關(guān)于排氣溫度的限制 l氣缸用潤滑油時，排氣溫度過高會使?jié)櫥驼扯冉档图皾櫥阅軔夯瘹飧子脻櫥蜁r，排氣溫度過高會使?jié)櫥驼扯冉档图皾櫥阅軔夯?l排氣溫度高，潤滑油中輕質(zhì)餾分容易揮發(fā)，它一方面導(dǎo)致氣體中含油量排氣溫度高，潤滑油中輕質(zhì)餾分容易揮發(fā)，它

28、一方面導(dǎo)致氣體中含油量增加，另一方面形成積碳現(xiàn)象增加，另一方面形成積碳現(xiàn)象 l氮、氫氣壓縮機考慮到潤滑油的潤滑性能，排氣溫度多限制在氮、氫氣壓縮機考慮到潤滑油的潤滑性能，排氣溫度多限制在160以下以下 l壓縮氯氣時，排氣溫度限制在壓縮氯氣時，排氣溫度限制在100以下，而干燥的氯氣排氣溫度不以下，而干燥的氯氣排氣溫度不得超過得超過130。l對于石油裂解氣，氣體溫度高時能聚合成乳白色膠狀物，膠狀物能阻塞通道，對于石油裂解氣，氣體溫度高時能聚合成乳白色膠狀物，膠狀物能阻塞通道，使活塞環(huán)膠著于環(huán)槽內(nèi)，并使氣閥閥片因黏著作用而啟閉不及時，有次導(dǎo)致閥使活塞環(huán)膠著于環(huán)槽內(nèi)，并使氣閥閥片因黏著作用而啟閉不及時

29、，有次導(dǎo)致閥片加速損壞，所以石油氣壓縮機的排氣溫度一般不超過片加速損壞，所以石油氣壓縮機的排氣溫度一般不超過100。l乙炔是一種不飽和烴碳氫化合物，炔壓縮機的排氣溫度不得超過乙炔是一種不飽和烴碳氫化合物，炔壓縮機的排氣溫度不得超過100。乙炔在。乙炔在高溫高壓時，也能爆炸分解成炭黑和氫，一般高壓時限制排氣溫度高溫高壓時，也能爆炸分解成炭黑和氫，一般高壓時限制排氣溫度80100。l對于氣缸無油潤滑壓縮機，如果是用自潤滑材料做密封元件，則允許的排氣溫度對于氣缸無油潤滑壓縮機，如果是用自潤滑材料做密封元件，則允許的排氣溫度取決于自潤滑材料的性質(zhì)。取決于自潤滑材料的性質(zhì)。三、排氣量和供氣量三、排氣量和

30、供氣量(1)定義定義也稱容積流量或輸氣量，是指在所要求的排氣壓力下，壓縮機最后一級也稱容積流量或輸氣量，是指在所要求的排氣壓力下，壓縮機最后一級單位時間內(nèi)排出的氣體容積，單位時間內(nèi)排出的氣體容積，折算到第一級進口壓力和溫度時折算到第一級進口壓力和溫度時的容積值。的容積值。Vq 排氣量：排氣量：=容積流量容積流量=輸氣量輸氣量=l如果被壓縮氣體含有如果被壓縮氣體含有水蒸氣水蒸氣，隨著氣體壓力的提高，水蒸氣的分壓力也提高，隨著氣體壓力的提高，水蒸氣的分壓力也提高，經(jīng)過冷卻器后，若分壓力大于冷卻后氣體溫度所對應(yīng)的飽和蒸汽壓，便有水蒸經(jīng)過冷卻器后，若分壓力大于冷卻后氣體溫度所對應(yīng)的飽和蒸汽壓，便有水蒸

31、氣從氣體中凝析出來，并被氣液分離器從氣體中分離掉。這部分被分離掉的水氣從氣體中凝析出來，并被氣液分離器從氣體中分離掉。這部分被分離掉的水分也應(yīng)換算成一級進氣口狀態(tài)的水蒸氣容積而計入排氣量。分也應(yīng)換算成一級進氣口狀態(tài)的水蒸氣容積而計入排氣量。l化工廠中被壓縮的化工廠中被壓縮的多組分氣體多組分氣體，壓縮到一定壓力后進行，壓縮到一定壓力后進行洗滌洗滌，以便把它們清洗，以便把它們清洗掉，掉，排氣量中包含這部分被洗滌掉的氣體，并換算到一級進口排氣量中包含這部分被洗滌掉的氣體，并換算到一級進口。若途中有氣體若途中有氣體添加進壓縮機，計算排氣量時則因扣除這部分氣體的容積添加進壓縮機，計算排氣量時則因扣除這部

32、分氣體的容積。l對于實際氣體，若是根據(jù)壓縮機對于實際氣體，若是根據(jù)壓縮機出口高壓下測得的體積進行換算出口高壓下測得的體積進行換算，換算時還應(yīng)考，換算時還應(yīng)考慮氣體慮氣體可壓縮性可壓縮性的影響。的影響。供氣量供氣量：也稱標準容積流量，是指壓縮機單位時間內(nèi)排出的氣體也稱標準容積流量，是指壓縮機單位時間內(nèi)排出的氣體容積容積折算到基準狀態(tài)時的干氣體容積值折算到基準狀態(tài)時的干氣體容積值。供氣量用符號。供氣量用符號VNq表示表示 l 級間如果有冷凝水析出，則被分離掉的的冷凝水級間如果有冷凝水析出，則被分離掉的的冷凝水不計入供氣量不計入供氣量 l級間如果進行抽氣洗滌凈化，則被洗滌掉的組分級間如果進行抽氣洗滌

33、凈化，則被洗滌掉的組分不計入供氣量不計入供氣量 l級間如果被壓縮介質(zhì)在達到壓縮機出口之前被抽走并用于工藝流級間如果被壓縮介質(zhì)在達到壓縮機出口之前被抽走并用于工藝流程，則這部分被抽調(diào)的氣體也應(yīng)換算成干氣體，程，則這部分被抽調(diào)的氣體也應(yīng)換算成干氣體，計入供氣量計入供氣量?？梢姡饬渴怯脩粽嬲@得的干氣體的量，且是整個壓縮機裝置可見，供氣量是用戶真正獲得的干氣體的量，且是整個壓縮機裝置排出的，而不是僅在最后一級出口處得到的，中間級也能供氣。排出的，而不是僅在最后一級出口處得到的，中間級也能供氣。理論容積流量理論容積流量 是單位時間內(nèi)所形成的壓縮機工作容積之和，即等于每轉(zhuǎn)總工作容積是單位時間內(nèi)所形成

34、的壓縮機工作容積之和，即等于每轉(zhuǎn)總工作容積或排氣量乘以轉(zhuǎn)速，或排氣量乘以轉(zhuǎn)速，l若中途加入其它氣體并由機組出口排出，則這部分氣體計入供氣量。若中途加入其它氣體并由機組出口排出，則這部分氣體計入供氣量。Vhq（2）排氣量的計算排氣量的計算 根據(jù)實測值換算根據(jù)實測值換算:按照排氣量的定義，當實際測得末級排出氣量時，按照排氣量的定義，當實際測得末級排出氣量時，排氣量排氣量VcVdsdssdVdVqqZZTTppqq111Vcq：中途清除掉的氣體換算到第一級進口狀態(tài)的容積值，若為中途加入的氣體，：中途清除掉的氣體換算到第一級進口狀態(tài)的容積值，若為中途加入的氣體，則應(yīng)這算后以負值帶入，則應(yīng)這算后以負值帶

35、入，m/min。Vq：中途分離掉的水分換算到第一級進口狀態(tài)的容積值，：中途分離掉的水分換算到第一級進口狀態(tài)的容積值，m/min 111/sssaVppmqml每分鐘分離出的水質(zhì)量，每分鐘分離出的水質(zhì)量，kg/min 1sap1s1sTl為為 時的飽和蒸汽壓和該壓力下的水蒸氣密度時的飽和蒸汽壓和該壓力下的水蒸氣密度 根據(jù)根據(jù)sV值理論計算值理論計算 排氣量應(yīng)該等于壓縮機每一轉(zhuǎn)吸進的氣體扣除中途泄露到機器外部的排氣量應(yīng)該等于壓縮機每一轉(zhuǎn)吸進的氣體扣除中途泄露到機器外部的氣體再乘以轉(zhuǎn)速氣體再乘以轉(zhuǎn)速 nVqltpvsV111111sV第一級氣缸的行程容積，第一級氣缸的行程容積，m 111,tpv第一

36、級氣缸的容積系數(shù)、壓力系數(shù)、溫度系數(shù)第一級氣缸的容積系數(shù)、壓力系數(shù)、溫度系數(shù) 1l第一級的泄露系數(shù)，表示在壓縮機實際排出氣量占一級吸入氣量的百分比第一級的泄露系數(shù)，表示在壓縮機實際排出氣量占一級吸入氣量的百分比 四、壓縮機熱力分析和計算四、壓縮機熱力分析和計算（1）冷卻析水問題冷卻析水問題 l濕氣體濕氣體 水分從氣體中析出水分從氣體中析出 l一級排氣被冷卻后有一級排氣被冷卻后有水分析出條件水分析出條件 2121sasssappppl析水系數(shù)析水系數(shù) i現(xiàn)假設(shè)一級進口吸入現(xiàn)假設(shè)一級進口吸入1m上述濕氣體，則其中干氣體所占的體積為上述濕氣體，則其中干氣體所占的體積為 1111ssaspppV該濕氣

37、體經(jīng)壓縮并冷卻后若有水分析出，則析出后的濕飽和氣體的容積該濕氣體經(jīng)壓縮并冷卻后若有水分析出，則析出后的濕飽和氣體的容積（二級進口壓力和溫度狀態(tài)，即二級吸入的濕氣體容積（二級進口壓力和溫度狀態(tài)，即二級吸入的濕氣體容積）222122112sasssssspppTTppVV1222112sssassasTTppppV換算到一級進口狀態(tài)，其與原始的濕氣體容積（換算到一級進口狀態(tài)，其與原始的濕氣體容積（1m）的比值為）的比值為1222112sssassaspppppp第二級的析水系數(shù)第二級的析水系數(shù) 2多級壓縮機任意第多級壓縮機任意第i級的析水系數(shù)級的析水系數(shù) 111ssisaisisasipppppp

38、（2i）壓縮機第壓縮機第i級吸入的析出水分后的濕飽和氣體體積折算至第一級進級吸入的析出水分后的濕飽和氣體體積折算至第一級進口壓力和溫度狀態(tài)下的數(shù)值，與一級實際吸入容積之比口壓力和溫度狀態(tài)下的數(shù)值，與一級實際吸入容積之比 當壓力較高時當壓力較高時 111ssasippp則由實測值換算的壓縮機排氣量可表示為式則由實測值換算的壓縮機排氣量可表示為式 VcssasdsdssdVdvqpppzzTTppqq)/()(111111VcdsdssasdVdqzzTTpppq1111（2）各級泄漏問題）各級泄漏問題壓縮機中的泄漏分兩種類型壓縮機中的泄漏分兩種類型 l外泄漏外泄漏 l內(nèi)泄漏內(nèi)泄漏 多級壓縮機第多

39、級壓縮機第i級泄漏系數(shù)級泄漏系數(shù)li l壓縮機末級排出的氣體體積（暫不考慮析水和中間抽氣）折算至壓縮機末級排出的氣體體積（暫不考慮析水和中間抽氣）折算至第第i級進口壓力和溫度下的數(shù)值，與該級實際吸入的氣體體積之比級進口壓力和溫度下的數(shù)值，與該級實際吸入的氣體體積之比，稱為第稱為第i級的泄漏系數(shù)。級的泄漏系數(shù)。l為確保一定的排氣量，第一級吸進的氣體量就要考慮到第一級及為確保一定的排氣量，第一級吸進的氣體量就要考慮到第一級及其后各級的外泄漏。對于第一級之后各級，設(shè)計時則應(yīng)考慮本級全其后各級的外泄漏。對于第一級之后各級，設(shè)計時則應(yīng)考慮本級全部內(nèi)、外泄漏以及其后各級外泄漏。部內(nèi)、外泄漏以及其后各級外泄

40、漏。l泄漏系數(shù)與氣缸的排列方式、汽缸與活塞桿的直徑、曲軸轉(zhuǎn)速、氣體壓力泄漏系數(shù)與氣缸的排列方式、汽缸與活塞桿的直徑、曲軸轉(zhuǎn)速、氣體壓力的高低以及氣體的性質(zhì)有關(guān)。的高低以及氣體的性質(zhì)有關(guān)。有油潤滑壓縮機一般取有油潤滑壓縮機一般取0.900.98，無油潤滑無油潤滑壓縮機一般取壓縮機一般取0.850.95，高轉(zhuǎn)速壓縮機取上限，低轉(zhuǎn)速壓縮機取下限。高，高轉(zhuǎn)速壓縮機取上限，低轉(zhuǎn)速壓縮機取下限。高壓級或壓縮氫氣等密度較小的氣體，泄露系數(shù)宜取下限。壓級或壓縮氫氣等密度較小的氣體，泄露系數(shù)宜取下限。（3）級間抽氣問題級間抽氣問題l抽氣抽氣 l多級壓縮機第多級壓縮機第i級抽氣系數(shù)級抽氣系數(shù) ci壓縮機第壓縮機第

41、i級吸入的經(jīng)抽氣或補氣的氣體體積（暫不考慮中間析水和級吸入的經(jīng)抽氣或補氣的氣體體積（暫不考慮中間析水和泄漏）折算至第一級進口壓力和溫度狀體的數(shù)值，與一級實際吸入泄漏）折算至第一級進口壓力和溫度狀體的數(shù)值，與一級實際吸入容積之比，稱為第容積之比，稱為第i級的抽氣系數(shù)級的抽氣系數(shù) l某一級前的抽氣或補氣影響到該級和其后所有級的某一級前的抽氣或補氣影響到該級和其后所有級的c以及工作腔容積以及工作腔容積（4）工作容積計算工作容積計算所示的多級壓縮機系統(tǒng)熱力參數(shù)關(guān)系，按照前一級排出氣體經(jīng)級間所示的多級壓縮機系統(tǒng)熱力參數(shù)關(guān)系，按照前一級排出氣體經(jīng)級間冷卻后，剛好要為下一級所吸進的原則，壓縮機任意第冷卻后，

42、剛好要為下一級所吸進的原則，壓縮機任意第i級工作容積級工作容積可用下式計算可用下式計算 111ssiviciisisivsiZZTTppnqVlitipivivi五、功率和效率五、功率和效率（1）指示功率及其影響因素指示功率及其影響因素l整個壓縮機的指示功為各級指示功之和，單位時間被消耗的指示功稱為指示功率，壓整個壓縮機的指示功為各級指示功之和，單位時間被消耗的指示功稱為指示功率，壓縮機的指示功率為縮機的指示功率為 zjijiWnN160l對壓縮機的級而言，級單位體積排氣量所消耗的指示功對壓縮機的級而言，級單位體積排氣量所消耗的指示功 ltnnsdinnpVW1)1(110l吸氣預(yù)熱、吸排氣壓

43、力損失、泄露的增大都會導(dǎo)致單位排氣吸氣預(yù)熱、吸排氣壓力損失、泄露的增大都會導(dǎo)致單位排氣量消耗的指示功增加。所以理論上講，設(shè)法減小這些系數(shù)值，量消耗的指示功增加。所以理論上講，設(shè)法減小這些系數(shù)值，通過改善冷卻、減小過程指數(shù)等都會減小單位體積排氣量消耗通過改善冷卻、減小過程指數(shù)等都會減小單位體積排氣量消耗的指示功。的指示功。（2）軸功率和機械效率軸功率和機械效率軸功軸功軸功率軸功率 機械效率機械效率 zimNN.中、大型壓縮機，中、大型壓縮機，m=0.860.92.小型壓縮機，小型壓縮機，m=0.850.90.微型壓縮機微型壓縮機 m=0.820.90 熱效率熱效率l等溫指示效率等溫指示效率i-i

44、s 壓縮機的等溫指示效率，壓縮機裝置的等溫指示效率壓縮機的等溫指示效率，壓縮機裝置的等溫指示效率 l等溫軸效率等溫軸效率is l絕熱指示效率絕熱指示效率 l絕熱軸效率絕熱軸效率ad 比功率比功率2.2.2 壓縮機的動力性能和計算壓縮機的動力性能和計算一、壓縮機中的作用力一、壓縮機中的作用力 其中的作用力主要有三類：其中的作用力主要有三類：l氣體力氣體力 l往復(fù)和不平衡旋轉(zhuǎn)質(zhì)量造成的慣性力往復(fù)和不平衡旋轉(zhuǎn)質(zhì)量造成的慣性力 l摩擦力摩擦力(1)機構(gòu)運動學(xué)關(guān)系機構(gòu)運動學(xué)關(guān)系l外止點外止點A l內(nèi)止點內(nèi)止點B l活塞行程活塞行程s l曲柄半徑曲柄半徑 r l連桿長度連桿長度 l l“曲柄連桿比曲柄連桿

45、比”（簡稱連桿比）（簡稱連桿比）:定義曲軸半徑與連桿長度的比值定義曲軸半徑與連桿長度的比值lr/l規(guī)定外止點是活塞運動的起始位置規(guī)定外止點是活塞運動的起始位置 l曲軸轉(zhuǎn)角曲軸轉(zhuǎn)角 l連桿的擺角連桿的擺角:規(guī)定在規(guī)定在0180范圍內(nèi)范圍內(nèi)為正值，為正值，在在180360范圍內(nèi)范圍內(nèi)為負值為負值 任意轉(zhuǎn)角位置活塞的位移任意轉(zhuǎn)角位置活塞的位移 x)coscos(rlrlCOAOxsin=rsin/l cos=22sin1)sin11(1)cos1(22 rx 任意轉(zhuǎn)角位置活塞的速度任意轉(zhuǎn)角位置活塞的速度 v)sin12sin2(sin2rdtddxddtdxv 任意轉(zhuǎn)角位置活塞的加速度任意轉(zhuǎn)角位置活

46、塞的加速度 )sin1(42sinsin12coscos2/32223222rdtddvddtdv簡化后的計算式簡化后的計算式:)2cos1(4)cos1(rx)2sin2(sin rv)2cos(cos2 ra(2)機構(gòu)運動質(zhì)量等效機構(gòu)運動質(zhì)量等效(簡化）簡化）把壓縮機中所有運動零件的質(zhì)量都簡化成兩類：把壓縮機中所有運動零件的質(zhì)量都簡化成兩類：l一類質(zhì)量集中在活塞銷或十字頭銷中心點一類質(zhì)量集中在活塞銷或十字頭銷中心點A處，只做處，只做往復(fù)運動往復(fù)運動 l另一類質(zhì)量集中在曲柄銷中心點另一類質(zhì)量集中在曲柄銷中心點B處，只繞曲軸中心處，只繞曲軸中心O做做旋轉(zhuǎn)運動旋轉(zhuǎn)運動。活塞、活塞桿和十字頭部件都

47、屬往復(fù)運動，簡單地認為其質(zhì)量集中在活塞、活塞桿和十字頭部件都屬往復(fù)運動，簡單地認為其質(zhì)量集中在 質(zhì)點質(zhì)點A 上，質(zhì)量總和用上，質(zhì)量總和用pm 連桿質(zhì)量簡化連桿質(zhì)量簡化 lmlmlm l大頭質(zhì)量為大頭質(zhì)量為與曲柄銷一起做旋轉(zhuǎn)運動與曲柄銷一起做旋轉(zhuǎn)運動 l連桿總質(zhì)量連桿總質(zhì)量l小頭質(zhì)量為小頭質(zhì)量為與活塞一起做往復(fù)運動與活塞一起做往復(fù)運動llmmll2llmmll1 llmm)4.03.0(llmm)6.07.0(曲拐部分質(zhì)量簡化曲拐部分質(zhì)量簡化 1cml質(zhì)量質(zhì)量l質(zhì)量質(zhì)量2cml轉(zhuǎn)化質(zhì)量轉(zhuǎn)化質(zhì)量cmrmmmccc21smrm整個壓縮機運動機構(gòu)轉(zhuǎn)化在往復(fù)運動部分的總質(zhì)量整個壓縮機運動機構(gòu)轉(zhuǎn)化在往復(fù)運

48、動部分的總質(zhì)量 和轉(zhuǎn)化在旋轉(zhuǎn)運和轉(zhuǎn)化在旋轉(zhuǎn)運動部分的總質(zhì)量動部分的總質(zhì)量lpsmmmlcrmmm(3)各種作用力的計算各種作用力的計算 氣體力氣體力Fg Fg=f()慣性力慣性力(Inertia forces)2cos(cos2rmmFssIs2coscos22rmrmss111IsIsFF l一階往復(fù)慣性力一階往復(fù)慣性力 l二階往復(fù)慣性力二階往復(fù)慣性力 cos2rms1IsF11IsF2cos2rms旋轉(zhuǎn)慣性力旋轉(zhuǎn)慣性力 2rmFrIr 摩擦力摩擦力(Frictional forces)fsFfrF壓縮機各接觸面間的摩擦力取決于彼此間的正壓力及摩擦系數(shù)，且隨壓縮機各接觸面間的摩擦力取決于彼此

49、間的正壓力及摩擦系數(shù)，且隨曲軸轉(zhuǎn)角變化，難以精確計算?？紤]到其數(shù)值較氣體力和慣性力小的曲軸轉(zhuǎn)角變化，難以精確計算?？紤]到其數(shù)值較氣體力和慣性力小的多，故為簡單起見將其作為定值處理。多，故為簡單起見將其作為定值處理。l旋轉(zhuǎn)摩擦力旋轉(zhuǎn)摩擦力l往復(fù)摩擦力往復(fù)摩擦力3011)7.06.0(nspFmifs3011)3.04.0(rnpFmifr 綜合活塞力綜合活塞力 壓縮機中的壓縮機中的氣體力氣體力、往復(fù)慣性力往復(fù)慣性力、往往復(fù)摩擦力復(fù)摩擦力都是沿氣缸中心線方向作用都是沿氣缸中心線方向作用的，將它們的代數(shù)和稱為列的綜合活的，將它們的代數(shù)和稱為列的綜合活塞力塞力 fsIsgpFFFF最大活塞力最大活塞力

50、 pFmaxgF當壓縮機在止點位置滿負荷停車時，當壓縮機在止點位置滿負荷停車時，即為最大氣體力，即為最大氣體力（習(xí)慣上稱為最大活塞力）（習(xí)慣上稱為最大活塞力）（4）作用力分析作用力分析 側(cè)向力和連桿力側(cè)向力和連桿力 l連桿力連桿力 lF22sin1cospplFFFl側(cè)向力側(cè)向力 NF22sin1sincossintanpppNFFFF 切向力和法向力切向力和法向力(Tangential force and the force in the direction of the crank)TFRFl垂直于曲柄方向的切向力垂直于曲柄方向的切向力l沿曲柄反向的法向力沿曲柄反向的法向力cossinpT

51、FFcoscospRFF大小大小l切向力及法向力的大小和方向隨曲軸轉(zhuǎn)角變化，規(guī)定逆曲軸旋轉(zhuǎn)切向力及法向力的大小和方向隨曲軸轉(zhuǎn)角變化，規(guī)定逆曲軸旋轉(zhuǎn)方向的切向力為正方向的切向力為正 方向：方向：l由曲軸中心向外指向的法向力為正由曲軸中心向外指向的法向力為正 l切向力對主軸旋轉(zhuǎn)中心的力矩就是阻力矩切向力對主軸旋轉(zhuǎn)中心的力矩就是阻力矩yM 阻力矩和傾覆力矩阻力矩和傾覆力矩(Opposite moment and overturning moment)l 阻力矩阻力矩 lFyM連桿力連桿力 沿連桿傳至曲柄銷中心點，作用在曲柄銷上，并對沿連桿傳至曲柄銷中心點，作用在曲柄銷上，并對曲軸旋轉(zhuǎn)中心曲軸旋轉(zhuǎn)中心

52、構(gòu)成力矩這就是曲軸旋轉(zhuǎn)所受到的阻力矩構(gòu)成力矩這就是曲軸旋轉(zhuǎn)所受到的阻力矩 ,其其方向與曲軸旋轉(zhuǎn)方向相反方向與曲軸旋轉(zhuǎn)方向相反。cossinsincosrFrFhFMpplyl 傾覆力矩傾覆力矩 連桿力連桿力 的另一個作用是使曲軸的主軸頸向主軸承上作用一個力的另一個作用是使曲軸的主軸頸向主軸承上作用一個力，該力在垂，該力在垂直方向的分力在數(shù)值上等于側(cè)向力，但方向卻與側(cè)向力相反，其與側(cè)向力也直方向的分力在數(shù)值上等于側(cè)向力，但方向卻與側(cè)向力相反，其與側(cè)向力也構(gòu)成一個力矩構(gòu)成一個力矩 lFcossinsintanrFhFbFMppNNNMyM(5)各力對壓縮機的作用各力對壓縮機的作用 氣體力氣體力 氣

53、體力只使汽缸、中體和機身有關(guān)部分，以及它們之間的連接螺釘氣體力只使汽缸、中體和機身有關(guān)部分，以及它們之間的連接螺釘?shù)瘸惺芾旎驂嚎s載荷，故稱為內(nèi)力等承受拉伸或壓縮載荷，故稱為內(nèi)力。慣性力慣性力 往復(fù)慣性力往復(fù)慣性力未被平衡，它能通過主軸承及機體傳到機器外面來，故慣性力未被平衡，它能通過主軸承及機體傳到機器外面來，故慣性力稱為外力，或稱為自由力。稱為外力，或稱為自由力。旋轉(zhuǎn)慣性力也作用在主軸承上，它也是自由力，也能引起機器的振動。旋轉(zhuǎn)慣性力也作用在主軸承上，它也是自由力，也能引起機器的振動。側(cè)向力及傾覆力矩側(cè)向力及傾覆力矩 故傾覆力矩會傳到機器外部，且由于其周期性變化會造成機器振動。故傾覆力矩會

54、傳到機器外部，且由于其周期性變化會造成機器振動。在活塞式壓縮機中，在活塞式壓縮機中，氣體力屬于內(nèi)力氣體力屬于內(nèi)力，一般不傳到機器外邊來。，一般不傳到機器外邊來。往復(fù)慣性力和往復(fù)慣性力和回轉(zhuǎn)慣性力是自由力回轉(zhuǎn)慣性力是自由力，能傳到機器外邊來，并可能導(dǎo)致機器振動。，能傳到機器外邊來，并可能導(dǎo)致機器振動。傾覆力矩屬傾覆力矩屬自由力矩，也能傳至機器以外，自由力矩，也能傳至機器以外，但當壓縮機和原動機置于同一底座上時或者壓但當壓縮機和原動機置于同一底座上時或者壓縮機與原動機機身連成整體時，傳給基礎(chǔ)的力矩是驅(qū)動機作用給底座的反力矩縮機與原動機機身連成整體時，傳給基礎(chǔ)的力矩是驅(qū)動機作用給底座的反力矩與傾覆力

55、矩之差。與傾覆力矩之差。二、飛輪矩二、飛輪矩(flywheel)計算及分析計算及分析(1)設(shè)置飛輪的原因設(shè)置飛輪的原因l阻力矩阻力矩(opposite moment)是隨曲軸轉(zhuǎn)角周期變化的是隨曲軸轉(zhuǎn)角周期變化的 l驅(qū)動機的驅(qū)動機的驅(qū)動力矩驅(qū)動力矩(applied moment)一般是一個不變的數(shù)值一般是一個不變的數(shù)值 JM M:驅(qū)動力矩與壓縮機總阻力矩之差驅(qū)動力矩與壓縮機總阻力矩之差(The difference between two moments)J:壓縮機中全部旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性矩壓縮機中全部旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性矩(Moment of inertia):壓縮機主軸的角加速度壓縮機主軸的角加速度(

56、angular acceleration)l用旋轉(zhuǎn)不均勻度用旋轉(zhuǎn)不均勻度表示主軸中角轉(zhuǎn)速變化的幅度表示主軸中角轉(zhuǎn)速變化的幅度 mminmax轉(zhuǎn)速波動會在運動部件上產(chǎn)生附加的動載荷，使聯(lián)軸器負荷加重而壽命降低，還轉(zhuǎn)速波動會在運動部件上產(chǎn)生附加的動載荷，使聯(lián)軸器負荷加重而壽命降低，還會使電動機乃至工廠的電流產(chǎn)生波動，因而需要加以限制。用設(shè)置飛輪的辦法來會使電動機乃至工廠的電流產(chǎn)生波動，因而需要加以限制。用設(shè)置飛輪的辦法來提高提高J，可降低角速度的變化，即減小主軸的旋轉(zhuǎn)不均勻度。，可降低角速度的變化，即減小主軸的旋轉(zhuǎn)不均勻度。(2)飛輪矩的計算飛輪矩的計算l機器的轉(zhuǎn)動慣量包括曲軸、聯(lián)軸器、飛輪（或帶

57、輪）等的轉(zhuǎn)動慣量機器的轉(zhuǎn)動慣量包括曲軸、聯(lián)軸器、飛輪（或帶輪）等的轉(zhuǎn)動慣量 l由于在以上各種轉(zhuǎn)動慣量中飛輪是專門設(shè)置的，其轉(zhuǎn)動慣量最大由于在以上各種轉(zhuǎn)動慣量中飛輪是專門設(shè)置的，其轉(zhuǎn)動慣量最大 l在工程設(shè)計中常常只取飛輪（包括剛性連接時電動機轉(zhuǎn)子）的轉(zhuǎn)動慣量進行計算在工程設(shè)計中常常只取飛輪（包括剛性連接時電動機轉(zhuǎn)子）的轉(zhuǎn)動慣量進行計算 l習(xí)慣用飛輪矩習(xí)慣用飛輪矩 表示飛輪的轉(zhuǎn)動慣量表示飛輪的轉(zhuǎn)動慣量 2GD223600nLGD D:飛輪輪緣截面質(zhì)心所形成園的直徑，飛輪輪緣截面質(zhì)心所形成園的直徑，m G:轉(zhuǎn)化到直徑轉(zhuǎn)化到直徑D上的上的飛輪重量飛輪重量,NL:壓縮機壓縮機一轉(zhuǎn)中能量的變化值一轉(zhuǎn)中能量

58、的變化值，N.mn:壓縮機轉(zhuǎn)速，壓縮機轉(zhuǎn)速，r/min 壓縮機一轉(zhuǎn)中能量的變化值壓縮機一轉(zhuǎn)中能量的變化值 L的確定的確定l 總切向力圖總切向力圖 確定某列為基準列：通常是以壓縮機軸的非驅(qū)動側(cè)的第一列為基準列，以該確定某列為基準列：通常是以壓縮機軸的非驅(qū)動側(cè)的第一列為基準列，以該 列在外止點（列在外止點（）時的切向力坐標為始點；）時的切向力坐標為始點；求出其它各列的超前角求出其它各列的超前角 （）畫出各列的切向力圖畫出各列的切向力圖 （曲柄夾角，曲柄夾角，氣缸中心線夾角）氣缸中心線夾角）畫出各列的切向力圖進行疊加，得到總的切向力圖畫出各列的切向力圖進行疊加，得到總的切向力圖 將橫坐標下移將橫坐標

59、下移 ，得到總的切向力圖，得到總的切向力圖iii0i00frF 平均切向力平均切向力可由圖中的總切向力可由圖中的總切向力 曲線積分得到曲線積分得到 TzFl 主軸一轉(zhuǎn)中的能量變化值主軸一轉(zhuǎn)中的能量變化值 L可通過對可通過對總切向力曲線進行分段積分總切向力曲線進行分段積分得到得到 220dFFTzTm1101jiTmiTzTmTzFFrrdFFLb2102jiTmiTzTmTzFFrrdFFLc。LminLmaxminmaxLLLl 根據(jù)根據(jù)“幅度面積矢量圖幅度面積矢量圖”來確定來確定 L zFifTmF將將總切向力曲線總切向力曲線 與與驅(qū)動力驅(qū)動力 所圍的所圍的各塊面積各塊面積 定義成矢量，下

60、面定義成矢量，下面的為負值，上方為正值，則順次首尾相連畫出的個面積矢量關(guān)系稱為的為負值，上方為正值，則順次首尾相連畫出的個面積矢量關(guān)系稱為“幅幅度面積矢量圖度面積矢量圖”。幅度面積矢量圖總是封閉的，。幅度面積矢量圖總是封閉的，最高和最低點的差值與最高和最低點的差值與r的乘積就是的乘積就是L 值。值。lfmmrfL.max（3）壓縮機結(jié)構(gòu)方案對飛輪矩的影響壓縮機結(jié)構(gòu)方案對飛輪矩的影響使總切向力曲線更均勻使總切向力曲線更均勻 l采用雙作用汽缸使向蓋和向軸行程所消耗的功相近時，切向力均勻采用雙作用汽缸使向蓋和向軸行程所消耗的功相近時，切向力均勻 l曲柄錯角或汽缸夾角的合理配置影響各列切向力疊加，進而

61、影響總曲柄錯角或汽缸夾角的合理配置影響各列切向力疊加，進而影響總切向力的均勻性切向力的均勻性l采用多列壓縮機可使總切向力更均勻，如六列的雙采用多列壓縮機可使總切向力更均勻，如六列的雙W型壓縮機型壓縮機 l各列曲軸的錯角的超前或遲后，也影響切向力的均勻性各列曲軸的錯角的超前或遲后，也影響切向力的均勻性三、慣性力及其力矩的平衡三、慣性力及其力矩的平衡（1）旋轉(zhuǎn)慣性力的平衡）旋轉(zhuǎn)慣性力的平衡在曲柄的對面加上一個平衡質(zhì)量在曲柄的對面加上一個平衡質(zhì)量m0 00rrmmr(2)單列往復(fù)式壓縮機往復(fù)慣性力的平衡單列往復(fù)式壓縮機往復(fù)慣性力的平衡在曲柄的對面加上一個平衡質(zhì)量的方法不能將往復(fù)慣性力簡單平衡掉在曲柄

62、的對面加上一個平衡質(zhì)量的方法不能將往復(fù)慣性力簡單平衡掉(3)多列壓縮機慣性力及慣性力矩的平衡多列壓縮機慣性力及慣性力矩的平衡l合理配置各列曲拐間的錯角，使同一時刻各列慣性力能全部或部分抵消合理配置各列曲拐間的錯角，使同一時刻各列慣性力能全部或部分抵消l在同一曲拐上布置幾列氣缸，合理配置各列氣缸中性線間的夾角，使整個壓在同一曲拐上布置幾列氣缸，合理配置各列氣缸中性線間的夾角，使整個壓 縮機的合成慣性力為一個大小不變而方向始終沿曲柄外指?？s機的合成慣性力為一個大小不變而方向始終沿曲柄外指。平衡方法平衡方法 任意列曲柄轉(zhuǎn)角與基準列曲柄轉(zhuǎn)角關(guān)系：任意列曲柄轉(zhuǎn)角與基準列曲柄轉(zhuǎn)角關(guān)系：l任選一列為基準列，

63、通常是以壓縮機軸的非驅(qū)動側(cè)的第一列為基準列任選一列為基準列，通常是以壓縮機軸的非驅(qū)動側(cè)的第一列為基準列，以基準列在外止點作為曲柄旋轉(zhuǎn)的起點，即，以基準列在外止點作為曲柄旋轉(zhuǎn)的起點，即0i00l當當 ，同一曲軸上任意，同一曲軸上任意I 列的曲柄轉(zhuǎn)角列的曲柄轉(zhuǎn)角 （以本（以本I 列外止點為起列外止點為起始點順曲軸旋轉(zhuǎn)方向上的曲柄轉(zhuǎn)角）始點順曲軸旋轉(zhuǎn)方向上的曲柄轉(zhuǎn)角）iii0（曲柄夾角，（曲柄夾角，氣缸中心線夾角）氣缸中心線夾角）l當基準列某一時刻曲柄轉(zhuǎn)角為當基準列某一時刻曲柄轉(zhuǎn)角為 ，曲軸上任意曲軸上任意i 列的曲柄轉(zhuǎn)角列的曲柄轉(zhuǎn)角 iiii0i基準列氣缸中心線基準列氣缸中心線i 列列 多列壓縮機

64、慣性力及慣性力矩的平衡情況分析多列壓縮機慣性力及慣性力矩的平衡情況分析l 立式或一般臥式壓縮機立式或一般臥式壓縮機 兩列立式壓縮機汽缸平行地排列在主軸一側(cè)。圖中的兩列壓縮機，曲柄錯角=180 180202180222cos2rmFsIIs2cos2rmFsIIIsrmFrIr2第第I 列列cos2 rmFsIIs2cos2 rmFsIIIsrmFrIr2 第第II列列一階往復(fù)慣性合力一階往復(fù)慣性合力 2()cossIIssFmm r二階往復(fù)慣性合力二階往復(fù)慣性合力 2(+)cos2sIssFmm r 離心合力離心合力 rmmFrrIr2)(一階往復(fù)慣性力合力矩一階往復(fù)慣性力合力矩 2IM=m)

65、cosssbm c r（二階往復(fù)慣性力合力矩二階往復(fù)慣性力合力矩 2M=m)cos2ssbm c r（離心合力矩離心合力矩 2M=m)rrrbm c r（l 對動式壓縮機對動式壓縮機 18021802222一階往復(fù)慣性合力一階往復(fù)慣性合力 2()cossIIssFmm r二階往復(fù)慣性合力二階往復(fù)慣性合力 2cos)(2 rmmFssIIIs離心合力離心合力 rmmFrrIr2)(一階往復(fù)慣性力合力矩一階往復(fù)慣性力合力矩 cos2ramMsI二階往復(fù)慣性力合力矩二階往復(fù)慣性力合力矩 2cos2armMsII離心合力矩離心合力矩 ramMrr20IIsF0IIIsF0IrF2.3 往復(fù)壓縮機氣閥和

66、密封往復(fù)壓縮機氣閥和密封一一、氣閥組件及工作過程氣閥組件及工作過程 氣閥基本組成氣閥基本組成 閥座閥座 啟閉元件啟閉元件 彈簧彈簧 升程限制器升程限制器 2.3.1 往復(fù)壓縮機氣閥往復(fù)壓縮機氣閥 氣閥工作過程氣閥工作過程（閥片的運動規(guī)律曲線）（閥片的運動規(guī)律曲線）(3)閥片顫動現(xiàn)象閥片顫動現(xiàn)象 在氣閥維持開啟的在氣閥維持開啟的d-e階段，如果階段，如果彈簧力過強彈簧力過強，最大壓差造成的氣流，最大壓差造成的氣流推力也不足以克服彈簧力，則閥片便不能一直貼在升程限制器上，推力也不足以克服彈簧力，則閥片便不能一直貼在升程限制器上，而是在閥座與升程限制器間來回跳動，稱為顫動現(xiàn)象。而是在閥座與升程限制器間來回跳動，稱為顫動現(xiàn)象。l閥片的反復(fù)撞擊導(dǎo)致氣閥和彈簧壽命縮短閥片的反復(fù)撞擊導(dǎo)致氣閥和彈簧壽命縮短 l導(dǎo)致氣閥時間截面減小，阻力損失增加導(dǎo)致氣閥時間截面減小，阻力損失增加顫動的害處：顫動的害處：(4)滯后關(guān)閉的現(xiàn)象滯后關(guān)閉的現(xiàn)象 如果如果彈簧力過弱彈簧力過弱，則閥片停留在升程限制器上的時間延長，閥片將，則閥片停留在升程限制器上的時間延長，閥片將在活塞更接近止點的位置、氣流達到更低一些的速度時才開