第二章 容積式壓縮機-3

容積式壓縮機過程流體機械機械設備第2章 容積式壓縮機往復式壓縮機基本構成和工作過程2.1往復式壓縮機的熱力性能及動力性能2.2往復式壓縮機的氣閥與密封2.3

往復式壓縮機的調節(jié)與控制2.4往復式壓縮機的選型與結構實例2.5菜單2.6

回轉式壓縮機2.2往復式壓縮機熱力和動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力性能：壓縮機運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壓縮機的熱力性能（１）排氣壓力壓縮機最終排氣壓力的大小由排入系統(tǒng)內的氣量和從系統(tǒng)輸出的氣量是否平衡所決定。

雖然壓縮機名牌上都標明了額定排氣壓力，但壓縮機工作時的排氣壓力往往取決于壓縮機和排氣系統(tǒng)之間的氣量平衡關系，只有壓縮機的排氣量和系統(tǒng)的用氣量之間達到供求平衡關系時，才能保證壓縮機排氣壓力穩(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、排氣系統(tǒng)形式（２）排氣溫度 壓縮機末級壓縮終了氣體溫度排氣溫度:壓縮機出口法蘭Td’是影響壓縮機正常運行的重要參數排氣溫度過高，潤滑油黏度降低、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？采用多級壓縮、進氣冷卻，氣體成分變化等)(KTTnnsd1-=eTT’dd<(３）排氣量（容積流量）析出的水蒸氣、被洗滌氣體均計入排氣量，排氣量是吸氣量與泄露量差值，計算壓縮機的幾何尺寸1.排氣量

在所要求的排氣壓力下，壓縮機最后一級單位時間內排出的氣體容積，換算到一級進口壓力和溫度時容積值。一、排氣量定義（實際與標準兩種）壓縮機銘牌標識：額定排氣量，特定進口狀態(tài)（進氣壓力=1個大氣壓、溫度=20℃）的排氣量。一、排氣量定義壓縮機實際排氣量表征壓縮機的大小，而不表明壓縮機所能提供的有效氣體數量。實際循環(huán)的排氣量理論計算公式：泄漏系數是影響實際循環(huán)排氣量的因素,也可能影響吸氣量。其取值范圍：對一般有油潤滑壓縮機：對無油潤滑壓縮機：氣閥、活塞環(huán)、填料。多級壓縮機的級間管道和輔助設備（油分、中冷）也可能產生泄漏。外泄漏——漏入大氣、1級吸氣管道或與1級吸氣相同的容積中，稱外漏。泄漏部位：泄漏類別：外漏影響排氣量和級間壓力分配。內泄漏——漏出的氣體只是在壓縮機內部從高壓級漏入低壓級。選取泄漏系數時，通常高壓級取高些（泄漏影響相對較?。?，而低壓級取低些（后面高壓級有泄漏，前面低壓級要多吸氣——相當于低壓級氣缸利用率低）。內漏不影響排氣量，只影響級間壓力分配。內漏增大耗功?！钏伎碱}2.7

分析壓縮機在高海拔地區(qū)運行氣量的變化規(guī)律并解釋其原因

吸氣壓力

ps

：一級進氣管道（法蘭測點）處壓力

（名義或銘牌額定壓力）常壓進氣由大氣壓力確定高海拔地區(qū)當地大氣壓力即吸氣壓力

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

↓，實際吸氣量

Vs0↓，容積流量

qV↓

排氣壓力

pd

：末級排氣接管（法蘭測點）處壓力（名義或銘牌額定壓力）由儲氣罐壓力（用戶）確定2.標準容積流量（供氣量）壓縮機單位時間內排出的氣體容積折算到基準狀態(tài)時的干氣體容積值，叫標準排氣量，也稱供氣量。qVN二、供氣量定義級間如果有冷凝水析出，則被分離的冷凝水不計入供氣量；

級間如果進行抽氣洗滌凈化，則被洗滌掉的組分不計入供氣量；

被抽掉氣體若用于工藝流程，則計入供氣量；

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指示功：壓縮氣體所消耗的功。摩擦功：克服機械摩擦所消耗的功。軸功率：單位時間內主軸所消耗的功率。軸功率為指示功率和摩擦功率之和。(4）功率和效率級在每轉中的指示功：級的指示功率：單位：W多級壓縮時，各級的指示功率為：W壓縮機總的指示功率為：W壓縮機的軸功率為：W常用于比較同一類型壓縮機的經濟性，它很直觀，特別是空氣動力用壓縮機常采用比功率來作為經濟性評價的指標。比功率:定義：單位排氣量所消耗的功，單位為kW／(m3／min)或kW／(m3／h)對皮帶傳動要考慮傳動效率。另外，還應考慮5%~15%功率儲備。則：WW儲備系數，k=1.05~1.15傳動效率，ηc=0.96~0.99壓縮機的驅動功率：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.泄漏系數從低壓級到高壓級選取時如何變化？為何？2.2.2壓縮機的動力性能曲柄連桿機構的運動壓縮機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，指導壓縮機的結構設計，及壓縮機基礎和減震設計,保證壓縮機安全平穩(wěn)運行1曲柄連桿機構的運動一、機構的運動分析曲柄連桿機構的運動簡化為兩質點的簡單運動。（1）曲柄銷E點的旋轉運動（2）活塞銷B點的直線往復運動1、曲柄銷E點的運動關系1曲柄連桿機構的運動2、活塞銷B點的運動關系活塞位移：1曲柄連桿機構的運動一質量的換算2壓縮機中的作用力往復式運動的零件：連桿、曲柄、活塞、活塞桿、十字頭等

作直線往復運動的零件：活塞、活塞桿、十字頭

作單純旋轉運動的零件：曲軸、飛輪

作復雜性運行的零件：連桿轉化

Q離O點的距離為，對O-O軸產生的旋轉慣性力為:

轉化成作用在曲柄銷E中心點上的等效旋轉慣性力為：故曲軸上產生旋轉慣性力為：連桿質量的轉化粗略認為連桿質量的大部分集中在大頭，小部分集中在小頭，對于大多數壓縮機的連桿可?。嚎傔\動質量的轉化旋轉運動質量往復運動質量二作用力的計算（

1）壓縮氣體的作用力；（氣體力）（

2）運動件產生的慣性力；（往復慣性力和旋轉慣性力）（

3）摩擦力

（往復摩擦力和旋轉摩擦力）（4）總和活塞力氣體力：汽缸內氣體受活塞壓縮時所產生的作用力。是內力，不會傳到機身

(1)氣體力

氣體力受力圖：

在外止點位置滿負載停車氣體力最大FgθFg=piAp360°180°（2）

慣性力計算由于曲柄連桿機構的運動部件質量已轉化到圖示的E點和B點，可將慣性力分成往復慣性力和旋轉慣性力。旋轉運動質量往復運動質量(a)往復慣性力I慣性力分解式：

往復慣性力圖：I1I11I討論：1）一階、二階往復慣性力數值都是周期性變化的，變化規(guī)律與加速度規(guī)律一致，即在內外止點，慣性力最大；2）慣性力大小正比于速度的平方，因此改變轉速時，必須注意到慣性力的變化對機器帶來的影響，故在設計高速壓縮機時，應特備注意慣性力的大小。

往復慣性力圖：

（b）旋轉慣性力

旋轉慣性力：旋轉質量×向心加速度當ω一定時，旋轉慣性力大小一定。慣性力方向沿曲柄半徑向外，即始終為拉力作用。由于旋轉質量都集中在曲軸上，

旋轉慣性力只發(fā)生在曲軸上。旋轉慣性力可以用曲軸配重來平衡。Fmrωmr(3)摩擦力

接觸面間產生的摩擦力，其值取決于彼此間的正壓力和摩擦系數。作用運動件上的摩擦力其方向始終與運動方向相反，大小隨變化且規(guī)律比較復雜。摩擦力又分為：往復摩擦力和旋轉摩擦力。（a）往復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?。往復摩擦力所消耗的功率占總摩擦功率Nm的（60%~70%）當θ=0-180°，摩擦力為正值，連桿受拉力。當θ=180°-360°，摩擦力為負值，連桿受壓力（b）旋轉摩擦力

主要發(fā)生在：曲柄銷、連桿瓦、主軸瓦、軸承等。旋轉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+往復慣性力+往復摩擦力三活塞壓縮機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+往復慣性力+往復摩擦力2、十字頭受力分析（如圖a所示）有三個力：活塞桿作用力F、連桿力Ft、十字頭側向力Fn連桿力：側向力：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為簡化計算，工程上常用最大氣體力來進行連桿強度與穩(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點上，并分為兩個分力，一個是法向力，另一個是切向力曲軸除受法向力外，尚有不平衡的回轉慣性力，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對曲軸產生力矩，稱為切向力矩此力矩阻止原動機帶動曲軸旋轉，所以是旋轉阻力矩。（2）旋轉摩擦阻力矩——平均旋轉摩擦力曲軸上總的阻力矩：此外，曲軸上還作用有原動機的驅動力矩，總阻力局是隨變化，而是不變的。由于為減小角速度的波動，應設法增大轉動慣量J,即設置飛輪。當Me＞FTzr時，供大于求，壓縮機加速，由于飛輪慣性大，加速困難，此時飛輪就吸收并儲存能量。飛輪的作用當Me＜FTzr時，供不應求，壓縮機減速，由于飛輪慣性大，減速困難，此時飛輪就釋放能量。飛輪的作用設置飛輪的目的和作用：儲存和釋放能量，保持主軸轉速基本穩(wěn)定。四機身和基礎受力與力矩分析上述這些力在機身上的總作用效果是：

往復慣性力傳到基礎上，由于它的方向和數值隨曲軸轉角周期性改變，因而能引起機器的振動；

旋轉慣性力作用在主軸承上，它也能引起機器的振動；

氣體力和摩擦力對機身而言都是內力，不傳給基礎。側覆力矩周期性變化，機器自身無法平衡，造成機器振動、搖擺，立式機更明顯。措施：機體、基礎加大，提高穩(wěn)定性3慣性力的平衡從壓縮機的受力分析可知，通過機身傳到基礎上的力和力矩有：

（1）不平衡的旋轉慣性力

（2）往復慣性力（3）反轉矩這些力和力矩的周期性變化是壓縮機產生振動的原因（1）

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

其變化規(guī)律同一階往復慣性力相同，只是方向相差90°。單列往復壓縮機的往復慣性力無法平衡。但可轉變方向。結論設計時，對立式壓縮機常用加部分平衡重的方法將一階往復慣性力的15%~20%轉化到水平方位，以減輕軸承的垂直載荷；對臥式壓縮機，則將一階往復慣性力的30%~50%轉化到垂直方向，以減輕水平方向的振動。應用（3）多列壓縮機往復慣性力的平衡曲柄錯角δ=180°兩列立式壓縮機列間距為a,以第一列為基準列。第一列活塞位于外止點時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化，合成慣性力及力矩為：當兩列往復運動質量相等時：當兩列往復和旋轉運動質量相等時可見兩列往復質量相等時自動平衡無法平衡（4）對動式壓縮機往復慣性力的平衡兩列氣缸對稱布置在曲軸兩側，（對稱