6.1活塞式空壓機的工作原理課件

1、能源與動力工程學(xué)院輪機工程系第1頁，共27頁。船舶輔機Marine Auxiliary Machinery電子教案趙在理第2頁，共27頁。第一篇 船用泵和空氣壓縮機第3頁，共27頁。第六章 活塞式壓縮機泵第4頁，共27頁。6 活塞式空氣壓縮機用于：主機起動、換向；發(fā)電柴油機起動為其它需要壓縮空氣的設(shè)備和氣動工具供氣在檢修工作中用來吹洗零部件、濾器等空壓機的排氣量是指其在單位時間內(nèi)所排送的相當(dāng)于第一級吸氣狀態(tài)的空氣體積。單位是m3s、m3min或m3h公稱排氣量是指在額定排氣壓力時的排氣量分類：有低壓(0.21.0 MPa),中壓(110 )和高壓(10100)為微型(小于1 m3min)、小型

2、、中型和大型工作壓力為3MPa左右，低壓場所由減壓閥供氣有一臺柴油機驅(qū)動的微型應(yīng)急空壓機。第5頁，共27頁。第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理第6頁，共27頁。6-1-1 活塞式空壓機理論工作循環(huán)假定：(1)氣缸沒有余隙容積(2)吸、排氣過程沒有壓力損失和壓力脈動(3)吸氣過程氣體與缸壁無熱交換(4)工作過程無氣體漏泄(5)被壓縮的是理想氣體，壓縮過程狀態(tài)方程指數(shù)不變以缸內(nèi)P為縱坐標(biāo)，以缸內(nèi)容積V為橫坐標(biāo)，理論工作循環(huán)如圖所示。第7頁，共27頁。6-1-1 活塞式空壓機理論工作循環(huán)吸氣過程-活塞從上向下氣缸內(nèi)壓力始終與吸入管中壓力Ps相等最大吸氣容積是氣缸工作容積Vp，曲線6-1壓縮過程-活塞回行K

3、1關(guān)閉，氣體被壓縮當(dāng)P升高到Pd時，K2開啟，曲線12排出過程-活塞繼續(xù)上行K2開啟，氣體排出缸內(nèi)P不變，直到上止點曲線23第8頁，共27頁。6-1-1 活塞式空壓機理論工作循環(huán)絕熱過程(adiabatic compression過程線12按氣體與缸壁不存在任何熱交換的作出等溫過程(isothermal compression)冷卻良好，缸內(nèi)氣體T不變，壓縮線如l2”所示多變壓縮過程實際壓縮在等溫和絕熱之間過程線12過程線4123所包圍的面積，代表每一循環(huán)耗功可見，等溫過程，壓縮機耗功最省。第9頁，共27頁。6-1-2 影響實際循環(huán)的因素(1)余隙容積的影響防活塞與缸蓋碰撞，活塞到上止點時有余

4、隙氣閥通道也有一定容積余隙容積是活塞在上止點時缸內(nèi)殘留氣體的全部容積，用Vc表示活塞回行時，氣體膨脹當(dāng)缸內(nèi)壓力降至低于吸入管壓力Ps一定值時(流動阻力)，氣體頂開K1進入缸內(nèi)曲線3一4第10頁，共27頁。6-1-2 容積系數(shù)是按氣體進口狀態(tài)計算的，如圖中V，所示。余隙容積Vc使壓縮機排氣量減少的程度可用容積系數(shù)v來衡量：相對余隙容積VcVp一般為：低壓級為0.070.12中壓級為0.090.14高壓級為0.110.16第11頁，共27頁。表6-1 空壓機氣缸余隙的一般范圍使用中，余隙有可能增大而使v降低。檢修時應(yīng)該用壓鉛法檢查余隙大小，不符合說明書要求時必須對癥修理氣缸直徑mm余隙mm5590

5、0.400.55901200.500.651201500.600.751502000.70一1.0第12頁，共27頁。6-1-2 進排氣阻力的影響在吸氣過程中由于流動阻力，缸內(nèi)P要比Ps低。吸入行程終了，缸內(nèi)壓力為P1活塞回行一段距離后，缸內(nèi)P才能升到Ps，減少了V”壓力系數(shù) p表示吸氣過程的壓力損失使排氣量減少的程度第13頁，共27頁。6-1-2 進排氣阻力的影響第一級 p =0.95 0.98第二級 p=0.981.0。在排出行程中缸內(nèi)P也要比Pd略高由于吸、排氣阻力的影響，耗功將增加(陰影部分)，而排氣量則減少。第14頁，共27頁。6-1-2 吸氣預(yù)熱的影響氣體被壓縮后溫度升高，使氣閥、

6、缸蓋、缸壁和活塞的溫度都升高在吸氣過程中，氣體被熱的機件加熱，吸入終了時其溫度比在吸氣管中升高，比容也增大，如折算到進口狀態(tài)，每轉(zhuǎn)排氣體積又要損失一部分，稱為預(yù)熱損失預(yù)熱損失使壓縮機排氣量減少的程度可用溫度系數(shù)t來衡量t隨壓力比的增高而降低，一般t=0.900.95第15頁，共27頁。6-1-2 漏泄的影響由于氣閥、活塞環(huán)等密封不嚴(yán)而造成泄漏，使排氣量進一步損失漏泄使壓縮機排氣量減少的程度可用氣密系數(shù)l來衡量，一般l=0.900.98。此外，在壓縮過程和余隙容積氣體的膨脹過程中，由于氣體溫度不斷變化，與缸壁熱量交換的多少及熱量的流向也在不斷變化，其過程指數(shù)是不斷改變的在理論研究時為方便計算起見

7、，都以恒定的多變過程指數(shù)來代替。第16頁，共27頁。6-1-2 排氣量和輸氣系數(shù)理論排氣量就是第一級的活塞行程容積對單作用氣缸的壓縮機來說式中：D第一級的氣缸直徑，m；S第一級的活塞行程，m；n第一級的壓縮機轉(zhuǎn)速，rmin；Z 第一級氣缸的數(shù)目。實際Q小于Vc。比值QVc稱為輸氣系數(shù)(), 即Q=Vt = Vt v p t l一般在0.650.80壓力比Pd/Ps增加，則明顯降低余隙容積和漏泄引起的流量損失增加氣缸T升高，預(yù)熱損失增加。第17頁，共27頁。6-1-2 壓縮機功率通過示功器在運轉(zhuǎn)的壓縮機上可測出示功圖圖中實際循環(huán)所包圍的面積即表示每一循環(huán)所耗指示功指示功率-按示功圖計算得到的功率

8、，用Pi表示等溫理論功率(用PT表示)絕熱理論功率(用Ps表示)第18頁，共27頁。6-1-2 壓縮機效率指示效率反映了實際氣體由吸、排氣阻力及氣體摩擦、旋渦等造成的總能量損失的大小等溫指示效率還反映冷卻達不到理想的等溫壓縮而附加的能量損失，它比絕熱指示效率更低運動部件要要消耗功率，軸功率大于指示功率，二者之比稱為機械效率，用m表示m = Pi/P壓縮機總效率為理論功率與軸功率之比等溫總效率(用T表示) iT = iT m 絕熱總效率(用s表示) is = is m 第19頁，共27頁。6-1-3 多級壓縮排出壓力較高時采用多級壓縮，并有級間冷卻器。 圖示為二級空壓機流程示意第20頁，共27頁

9、。6-1-3 二級壓縮理論工作循環(huán)采用單級壓縮當(dāng)吸入壓力為Ps，排出壓力為Pd時理論工作循環(huán)如padfp所示。采用二級壓縮機低壓理論循環(huán)如oabno所示高壓理論循環(huán)如cefmc所示第21頁，共27頁。6-1-3 用多級壓縮和級間冷卻原因(1)降低排氣溫度單級壓縮在壓力比比較大時，壓縮終點d的氣體T太高缸內(nèi)T太高會降低滑油粘度，使?jié)櫥兔芊庑阅芟陆凳够头纸庠诟變?nèi)及氣閥上形成結(jié)碳，加劇磨損(在180210尤為嚴(yán)重)當(dāng)溫度超過滑油閃點時，甚至?xí)斜ㄎｋU因此，國內(nèi)一般規(guī)定：固定式壓縮機排氣溫度不超過160移動式壓縮機不超過180二級壓縮由于經(jīng)過中間冷卻，其壓縮終點e的溫度比單級壓縮終點d的溫度要低

10、得多。第22頁，共27頁。6-1-3 用多級壓縮和級間冷卻原因 (2)提高輸氣系數(shù)單級壓縮時， 隨壓力比增加而迅速下降余隙容積等因素影響使氣缸有效吸氣容積減少二級壓縮時有效吸氣容積由pa增長至oa。(3)節(jié)省壓縮功二級每工作循環(huán)理論上所節(jié)省壓縮功為面積cbdec與opmno之差。第23頁，共27頁。6-1-3 用多級壓縮和級間冷卻原因(4)減輕活塞上的作用力單級壓縮一次達到要求的Pd，活塞受力大，運動部件笨重，軸承負荷大，維修也不方便多級壓縮只有尺寸較小的高壓級承受高壓但級數(shù)增加使構(gòu)造復(fù)雜，體積和重量增加。而且管路、中間冷卻器和氣閥總阻力會增加，機械效率也會降低，因而實際效益要比理論小如果級間冷卻不良，則降低排氣T和減少壓縮功的效果變差每級的最佳壓力比應(yīng)選擇使該級等溫指示效率最高為宜壓力比一般應(yīng)在24范圍內(nèi)如P在3MPa，一般為二級壓縮第24頁，共27頁。思考題1.什么叫空壓機的輸氣系數(shù)?它主要受哪些因素影響? 2，活塞式空壓機需要冷卻的有哪些方面?各起何作用? 3活塞式空氣壓縮機余隙容積的作用是什么? 4空氣壓縮機采用多級壓縮中間冷卻有何意義? 5空氣壓縮機的多級壓縮對壓縮過程有何影響?第25頁，共27頁。6-1-3 用多級壓縮和級間冷卻原因各級壓力比的分配主