任務(wù) 活塞式壓縮機(jī)的工作循環(huán)VIP

項(xiàng)目四活塞式壓縮機(jī)的運(yùn)行與維護(hù)任務(wù)3活塞式壓縮機(jī)的工作循環(huán)課程目標(biāo)【知識(shí)目標(biāo)】掌握活塞式壓縮機(jī)的理論循環(huán)；掌握活塞式壓縮機(jī)的實(shí)際循環(huán)；了解活塞式壓縮機(jī)的功率與效率計(jì)算?！灸芰δ繕?biāo)】能夠區(qū)分活塞式壓縮機(jī)的理論循環(huán)和工作循環(huán)；能準(zhǔn)確理解活塞式壓縮機(jī)的實(shí)際工作過程。知識(shí)點(diǎn)010203目錄理論工作循環(huán)活塞壓縮機(jī)的功率與效率實(shí)際工作循環(huán)一、理論工作循環(huán)活塞式壓縮機(jī)的循環(huán)，是指活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次，在氣缸中進(jìn)行的吸氣、壓縮和排氣等全過程的總稱。所謂壓縮機(jī)的理論循環(huán)，是指對(duì)活塞式壓縮機(jī)的實(shí)際工作過程作了如下假定和簡(jiǎn)化后的吸氣、壓縮和排氣等全過程的總稱：①氣缸沒有余隙容積，氣缸中的氣體在壓縮終了時(shí)被全部排出；②氣體在流經(jīng)吸、排氣閥時(shí)，沒有壓力降；③在吸氣和排氣過程中，氣缸內(nèi)氣體的溫度保持不變；④被壓縮氣體是理想氣體，氣體壓縮按恒定熱力指數(shù)進(jìn)行，即壓縮曲線的指數(shù)m是常數(shù)；⑤氣體無泄漏。理論循環(huán)的示功圖（P-V圖）活塞壓縮機(jī)的理論循環(huán)是由吸氣、壓縮、排氣三個(gè)過程構(gòu)成的，理論循環(huán)的壓容圖見圖3-23所示?；钊幵谧笾裹c(diǎn)時(shí)，氣缸內(nèi)沒有氣體，容積為零。圖3-23理論循環(huán)壓容圖吸氣壓縮排氣一、理論工作循環(huán)理論循環(huán)的示功圖（P-V圖）幾個(gè)定義：內(nèi)止點(diǎn)：活塞運(yùn)動(dòng)到達(dá)主軸側(cè)的極限位置（立式壓縮機(jī)中也稱為下止點(diǎn)）外止點(diǎn)：活塞運(yùn)動(dòng)到達(dá)的遠(yuǎn)離主軸側(cè)的極限位置（立式壓縮機(jī)中也稱為上止點(diǎn)）行程：活塞從一個(gè)止點(diǎn)到另一個(gè)止點(diǎn)的距離活塞對(duì)氣體做功為正，氣體對(duì)活塞做功為負(fù)一、理論工作循環(huán)理論循環(huán)指示功的計(jì)算一、理論工作循環(huán)（a）吸氣過程（b）壓縮過程（c）排氣過程（d）理論循環(huán)功圖3-24理論循環(huán)指示功的計(jì)算理論循環(huán)指示功的計(jì)算一、理論工作循環(huán)

理論循環(huán)總功W為：其中吸氣過程，耗功：W壓為多變壓縮過程中，活塞對(duì)氣體所做的功：排出過程所耗功：因此：(3-12)在p-V圖上表示為各個(gè)過程線所包圍的面積。理論循環(huán)指示功的計(jì)算一、理論工作循環(huán)等溫壓縮循環(huán)等溫壓縮循環(huán)是指氣體進(jìn)行壓縮時(shí)，其溫度始終保持不變。Wis—每一循環(huán)所消耗的功，單位，J；

V1—每一循環(huán)的理論吸氣量，單位，m3p1、p2—名義吸、排氣壓力，單位，Pa；

ε—名義壓力比。對(duì)一定質(zhì)量的氣體來說，等溫壓縮循環(huán)功只與氣體性質(zhì)R

、壓力比ε以及進(jìn)氣溫度T1

成正比關(guān)系，即氣體的吸入溫度T1

越高，壓縮機(jī)所消耗的功Wis

就越大。因此，為了提高壓縮機(jī)的經(jīng)濟(jì)性能，應(yīng)盡量降低進(jìn)氣溫度。理論循環(huán)指示功的計(jì)算一、理論工作循環(huán)絕熱壓縮循環(huán)氣體在壓縮時(shí)與周圍環(huán)境沒有任何熱交換。其中，k—?dú)怏w的等熵指數(shù)，也稱絕熱指數(shù)。理論循環(huán)指示功的計(jì)算一、理論工作循環(huán)多變壓縮循環(huán)壓縮時(shí)氣體溫度有變化，且與外界有熱量交換。其中，m'—多變指數(shù)，一般按經(jīng)驗(yàn)選取。一般情況下，1<m'<k

，若壓縮過程中，氣體受熱，則m'>k

。理論循環(huán)指示功的計(jì)算一、理論工作循環(huán)不同理論循環(huán)功比較從圖中可以看出絕熱循環(huán)功最大，等溫循環(huán)功最小，多變循環(huán)功則居中（即1<m’<k的情況下）。所以為了降低功耗，盡可能使壓縮過程接近等溫，并盡可能創(chuàng)造較好的冷卻條件。理論循環(huán)的理論吸氣量一、理論工作循環(huán)理論循環(huán)時(shí)，吸氣過程是沿著整個(gè)活塞行程進(jìn)行的，氣體的吸入容積，就是活塞的行程容積，同時(shí)也等于氣缸的容積V1

，而且吸入氣體的量VB等于排出氣體的量Vd。理論吸氣量VB

=理論排氣量

Vd

=氣缸的容積

V1理論循環(huán)的理論排氣量一、理論工作循環(huán)壓縮機(jī)的排氣量，是指單位時(shí)間內(nèi)壓縮機(jī)最后一級(jí)排出的氣體體積，換算到第一級(jí)入口狀態(tài)的溫度和壓力時(shí)的氣體體積值，理論循環(huán)時(shí)，壓縮機(jī)的理論排氣量:Vd

—壓縮機(jī)的排氣量，m3/min；

F—活塞的橫截面積，m2；S—活塞的行程，m；

nf—壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，Hz。二、實(shí)際工作循環(huán)活塞壓縮機(jī)的實(shí)際工作循環(huán)對(duì)于活塞式壓縮機(jī)的實(shí)際工作情況，可借助實(shí)際工作的p－V圖進(jìn)行分析。在圖中，1－2線表示實(shí)際壓縮過程曲線，2－3線為排氣過程曲線，3－4線為膨脹過程曲線，4－1線為實(shí)際吸氣過程曲線；pl和p2分別為名義吸、排氣壓力。二、實(shí)際工作循環(huán)實(shí)際工作循環(huán)與理論工作循環(huán)的差別①止點(diǎn)位置時(shí)活塞與氣缸蓋之間的間隙形成的容積V01，一般為1.5～4mm。②第一道活塞環(huán)前的氣缸與活塞之間的間隙形成的容積V02。③氣缸氣閥通道及氣閥內(nèi)部的剩余容積V03。④氣閥閥腔容積V04。余隙與膨脹二、實(shí)際工作循環(huán)實(shí)際工作循環(huán)與理論工作循環(huán)的差別余隙與膨脹余隙容積VM的影響：VM不利的影響—?dú)埓娴臍怏w在活塞回行時(shí)，發(fā)生膨脹，使實(shí)際吸氣行程（容積）減小。VM有利的好處—（1）形成氣墊，利于活塞回行；（2）避免“液擊”（空氣結(jié)露）；（3）避免活塞、連桿熱膨脹，松動(dòng)發(fā)生相撞。余隙容積在保證運(yùn)行可靠的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡量減小。二、實(shí)際工作循環(huán)實(shí)際工作循環(huán)與理論工作循環(huán)的差別余隙與膨脹3為膨脹開始的位置，對(duì)應(yīng)殘留余隙容積為VM，壓力為p2。膨脹過程：由于余隙容積為VM的存在，在活塞開始向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，在缸內(nèi)出現(xiàn)的是氣體的膨脹。初期不能吸氣，當(dāng)壓力膨脹到小于p1并有一定壓差后（達(dá)到4點(diǎn)），才能吸入氣體。3→4是膨脹過程。膨脹二、實(shí)際工作循環(huán)實(shí)際工作循環(huán)與理論工作循環(huán)的差別吸氣、排氣通道和氣閥具有阻力因通道和氣閥不可能絕對(duì)光滑且無曲折，所以氣體通過氣閥和管道時(shí)，必然要產(chǎn)生阻力損失，因此氣缸內(nèi)的吸入壓力總是低于管路中的壓力（也稱名義吸入壓力），而吸入閥從開始開啟至全開又需克服較大的局部阻力，使壓力降得更低。二、實(shí)際工作循環(huán)實(shí)際工作循環(huán)與理論工作循環(huán)的差別吸氣、排氣通道和氣閥具有阻力吸氣過程：從4點(diǎn)開始吸氣，當(dāng)活塞行至右止點(diǎn)1時(shí)，壓力小于p1，并達(dá)到一定壓差時(shí)，吸氣閥關(guān)閉，4→1是吸氣過程。受到活塞速度變化和閥片動(dòng)作的影響，吸氣過程線呈波浪形。ps是吸氣過程的平均壓力。吸氣二、實(shí)際工作循環(huán)實(shí)際工作循環(huán)與理論工作循環(huán)的差別吸氣、排氣通道和氣閥具有阻力壓縮過程：當(dāng)活塞從右止點(diǎn)1往左移動(dòng)時(shí)，吸氣閥關(guān)閉，開始?jí)嚎s過程，到2’點(diǎn)時(shí)，雖然缸內(nèi)壓力等于p2，但排氣閥兩側(cè)無壓力差，所以排氣閥處于關(guān)閉狀態(tài)，只有繼續(xù)壓縮達(dá)到足夠壓差，達(dá)到2點(diǎn)，頂開排氣閥，1→2是壓縮過程。壓縮壓縮過程有氣體泄漏二、實(shí)際工作循環(huán)實(shí)際工作循環(huán)與理論工作循環(huán)的差別吸氣、排氣通道和氣閥具有阻力排氣過程：從2點(diǎn)開始排氣，直到3’點(diǎn)（3和3’非常接近，可不區(qū)分）。受到活塞速度變化和閥片動(dòng)作的影響，排氣過程線呈波浪形。pd是排氣過程的平均壓力，2→3是排氣過程。排氣二、實(shí)際工作循環(huán)實(shí)際工作循環(huán)與理論工作循環(huán)的差別壓縮和膨脹過程指數(shù)不是常數(shù)（1）在膨脹開始階段，氣缸內(nèi)氣體的溫度高于缸壁溫度，氣體放熱膨脹，膨脹過程指數(shù)m>k

.（2）隨著氣體的膨脹，氣體溫度逐漸降低，當(dāng)氣體溫度低于缸壁溫度，氣體吸熱膨脹，這時(shí)m<k。二、實(shí)際工作循環(huán)實(shí)際工作循環(huán)與理論工作循環(huán)的差別壓縮和膨脹過程指數(shù)不是常數(shù)（3）在壓縮開始階段，氣缸內(nèi)氣體的溫度低于缸壁溫度，氣體吸熱壓縮，壓縮過程為

m’>k，所以壓縮線在絕熱線之內(nèi)。（4）隨著氣體被壓縮，氣體溫度不斷提高，氣體與氣缸的溫差逐漸減小，到某一時(shí)刻時(shí)溫差等于零，此時(shí)氣體為絕熱壓縮

m’=k，所以壓縮線與絕熱線相交（5）當(dāng)氣體溫度高于氣缸溫度時(shí)，氣體放熱壓縮，m’<k的多變壓縮過程。二、實(shí)際工作循環(huán)實(shí)際工作循環(huán)與理論工作循環(huán)的差別有余隙容積壓縮后殘余氣體排氣后有膨脹過程實(shí)際進(jìn)氣量減小有進(jìn)排氣阻力損失及壓力脈動(dòng)實(shí)際吸壓<p1實(shí)際排壓>p2進(jìn)排氣壓力波動(dòng)有氣體泄漏多變過程指數(shù)變化氣體缸壁熱交換二、實(shí)際工作循環(huán)實(shí)際工作循環(huán)與理論工作循環(huán)的差別①組成過程數(shù)②有效容積③壓力比④循環(huán)指示功⑤過程指數(shù)值⑥存在泄漏比較總結(jié)二、實(shí)際工作循環(huán)實(shí)際工作循環(huán)指示功的計(jì)算①

實(shí)際等溫理論循環(huán)功②

實(shí)際絕熱壓縮循環(huán)功③

實(shí)際多變理論循環(huán)功Z表示實(shí)際氣體偏離理想氣體的程度Z=1時(shí)，該氣體可視為理想氣體。Z>1時(shí)，表示該氣體比理想氣體難以壓縮。Z<1時(shí)，說明該氣體比理想氣體容易壓縮。二、實(shí)際工作循環(huán)實(shí)際吸氣量及其影響因素對(duì)于實(shí)際循環(huán)，余隙容積內(nèi)的氣體膨脹、吸氣閥及系統(tǒng)中的阻力損失、氣體在氣缸中被加熱等都將減少新鮮氣體的吸入量，使實(shí)際吸氣量較理論吸氣量小。現(xiàn)用吸氣系數(shù)來綜合考慮諸因素的影響，則有：二、實(shí)際工作循環(huán)實(shí)際吸氣量及其影響因素容積系數(shù)λV

反映了余隙容積內(nèi)氣體膨脹對(duì)實(shí)際吸入量VB’的影響。（1）容積系數(shù)

其中,α稱為氣缸的相對(duì)余隙容積，

m是膨脹過程指數(shù)二、實(shí)際工作循環(huán)實(shí)際吸氣量及其影響因素在壓力比和膨脹指數(shù)相同的條件下，余隙容積VM越大，相對(duì)余隙容積α就越大，容積系數(shù)就越小，表明氣缸的有效利用率就越低。①相對(duì)余隙容積α圖3-28余隙容積對(duì)氣量的影響圖3-29相對(duì)余隙容積對(duì)容積系數(shù)的影響二、實(shí)際工作循環(huán)實(shí)際吸氣量及其影響因素對(duì)于同一氣缸而言，當(dāng)相對(duì)余隙容積α和膨脹過程指數(shù)m一定時(shí)，壓力比越大，容積系數(shù)就越小。當(dāng)ε’增至某一定值時(shí)，λV等于零，此時(shí)的壓力比稱為極限壓力比。①壓力比ε’圖3-30壓力比對(duì)容積系數(shù)的影響二、實(shí)際工作循環(huán)實(shí)際吸氣量及其影響因素在其它條件相同的情況下，膨脹指數(shù)m越大，則容積系數(shù)λV越大。膨脹指數(shù)增大時(shí)，膨脹過程曲線變陡，膨脹所占的容積減小，即吸進(jìn)的氣體量增多。①膨脹指數(shù)m二、實(shí)際工作循環(huán)實(shí)際吸氣量及其影響因素壓力系數(shù)λp反映壓力損失對(duì)對(duì)實(shí)際吸入量VB’的影響。

（2）壓力系數(shù)

二、實(shí)際工作循環(huán)實(shí)際吸氣量及其影響因素溫度系數(shù)λT反映了熱交換對(duì)實(shí)際吸入量VB’的影響。溫度系數(shù)一般取經(jīng)驗(yàn)值。λT=0.94～0.98。（3）溫度系數(shù)

二、實(shí)際工作循環(huán)實(shí)際排氣量壓縮機(jī)的排氣量通常是指單位時(shí)間內(nèi)壓縮機(jī)最后一級(jí)排出的氣體體積換算到第一級(jí)進(jìn)口狀態(tài)的壓力和溫度時(shí)的氣體容積值。排氣量表征壓縮機(jī)的大小，常用的單位為m3/min。在壓縮機(jī)的實(shí)際循環(huán)中，由于吸氣閥、填料函、活塞環(huán)以及附屬設(shè)備、管道不嚴(yán)密而造成氣體泄漏，使得壓縮機(jī)的每一轉(zhuǎn)的實(shí)際排氣量Vd’總是小于實(shí)際吸氣量VB’（少一泄漏損失量）。這種泄漏損失可用泄漏系數(shù)λL來表示：二、實(shí)際工作循環(huán)實(shí)際排氣量Vd'—壓縮機(jī)完成一個(gè)工作循環(huán)的排氣量，單位，m3/min。λL—泄漏系數(shù)，與氣缸的列數(shù)、壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速、壓力比、氣體的性質(zhì)以及安裝質(zhì)量等因素有關(guān)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般取

λL

=0.95～0.98。λ0—排氣系數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般取

λ0

=0.55～0.85。二、實(shí)際工作循環(huán)實(shí)際排氣量若壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速為

nf，則壓縮機(jī)的排氣量為：

其中，

nf—每秒轉(zhuǎn)數(shù)，單位，Hz；D1—第一級(jí)活塞直徑，單位，m。S—活塞行程，單位，m。三、活塞壓縮機(jī)的功率與效率指示功率-理論循環(huán)在理論循環(huán)中，單位時(shí)間內(nèi)所作的理論功，稱為理論循環(huán)指示功率。（1）理論等溫循環(huán)指示功率（2）理論絕熱循環(huán)指示功率三、活塞壓縮機(jī)的功率與效率指示功率-實(shí)際循環(huán)壓縮機(jī)的實(shí)際循環(huán)功稱為“指示功”，以Wi表示。單位時(shí)間內(nèi)消耗的指示功稱為‘指示功率”，以Ni表示。確定指示功率有實(shí)測(cè)法和解析法兩種方法，其中前者用于已有的機(jī)器，后者用于機(jī)器設(shè)計(jì)過程。對(duì)于單作用氣缸，指示功率按公式3-33計(jì)算。雙作用：兩側(cè)氣缸指示功率之和；多缸：各缸指示功率之和；多級(jí)壓縮機(jī)：各級(jí)氣缸指示功率之和三、活塞壓縮機(jī)的功率與效率壓縮機(jī)中的能量分配關(guān)系—電動(dòng)機(jī)輸入的有效功率（驅(qū)動(dòng)功率），單位，kW?！獕嚎s機(jī)輸入端的軸功率，單位，kW?！?dú)飧變?nèi)的指示功率，單位，kW。—摩擦損失以及驅(qū)動(dòng)