容积式压缩机ppt课件.ppt

过程流体机械 在现代产品的生产过程中 使用各种流体机械 其目的在于增加流体能量 克服流动阻力 达到沿管路输送的目的 是炼油 化工 流体管输的心脏 动力和关键设备 流体机械的分类 按能量转换分类 轴功 流体的能量 工作机 原动机 压缩机 泵 分离机 汽轮机 燃气机 水轮机 流体机械的分类 按流体介质分类 工作机 提高流体压力 气体 压缩机 液体 泵 对多种介质进行分离 分离机 流体机械的分类 按流体机械结构特点分类 往复式结构的流体机械 旋转式结构的流体机械 往复式压缩机 往复泵 单级升压高 回转式 叶轮式压缩机和泵 分离机 流量大 流体机械的分类 按作用原理分类 往复式压缩机 离心式压缩机 离心泵 基本原理 流体机械的用途 石油化工 连续生产的进出料 仪表 锅炉 油气储运 为油气管输提供动力 流体机械的发展趋势 1 创造新的机型 2 流体机械内部流动规律的研究与应用 3 高速转子动力学的研究与应用 4 新型制造工艺技术的发展 5 流体机械的自动控制 6 流体机械的故障诊断 7 实现国产化和参与国际市场竞争 学习方法与目的 1 掌握基本工作原理 结构形式 运行性能与调节控制的基本方法2 重视实践性教学环节 实验3 独立完成作业 养成良好学风 方法 目的 能够初步选用各种流体机械 参考书 1 化工机器 上 下册潘永密李斯特主编化学工业出版社2 化工机器 高慎琴主编化学工业出版社3 过程流体机械 姜培正主编化学工业出版社 2容积式压缩机 依靠改变工作腔来提高气体压力的压缩机 活塞式压缩机 往复式 回转式 2 1往复式压缩机的组成 往复压缩机的组成 工作腔部分 传动部分 机身部分 辅助设备 气阀 气缸 活塞 连杆 曲轴 十字头 润滑 冷却 调节 管路 气阀 活塞与活塞环 曲轴 十字头 十字头 2 2活塞压缩机的工作循环 级 被压缩气体进入工作腔内完成一次气体压缩称为一级 级由膨胀 吸气 压缩 排气等过程组成 完成一次膨胀 吸气 压缩 排气过程称为一个循环 2 2 1理论工作循环 假设气体在工作腔内的循环满足以下条件 1 进排气无压力损失 且进排气压力无波动 保持恒定 2 工作腔内无余隙容积 缸内的气体被全部排出 3 工作腔与外界无热交换 4 气体压缩过程指数为定数 5 气体无泄漏 活塞式压气机级的理论循环 内止点 外止点 示功图 活塞式压气机级的理论循环 1 V是气缸内气体的容积而不是比容v 注意 理论循环吸 排气过程V变 v不变 只有压缩过程是真正的热力过程 2 压缩机的排气压力pd取决于背压 即排气阀后面系统中的压力 理论循环的进气量 Ap 活塞面积 m2 S 活塞行程 m Vh 每转的理论吸气量 即行程容积 m3 i 同级的气缸数 活塞面积Ap 双作用活塞 单作用活塞 A 活塞的盖侧端面积 a 活塞杆面积 级差式活塞 压缩过程中V T p的关系 m 多变过程指数 绝热过程m k等温过程m 1 对于理想气体 压缩过程中V T p的关系 kT 温度绝热指数 对于实际气体 Zs Zd 实际气体的始 终态压缩性系数 理论循环的指示功 指示功 m 多变过程指数 完成循环所消耗的外功 技术功 压缩过程曲线1 2的方程 积分可得Wi 公式 4 3 7 4 3 10 理论循环的指示功 压缩过程愈接近等温过程愈省功 p1 p2 p2 p1 m 1 m 1 m k m k m k m k m k m k 2 2 2实际工作循环 ps pd 1 余隙容积 3 4 2 进排气有压力损失 D B 3 气体与壁面有温差 过程指数变化 5 泄漏 4 压力脉动的影响 C A 未排尽的气体 吸热 m k 放热 m k 示功图面积减小 实际循环与理论循环的区别 1 理论循环 三个过程实际循环 四个过程 2 实际循环吸 排气过程中 吸气压力低于ps 有波动温度有变化排气压力高于pd 有波动温度有变化 3 膨胀及压缩过程中有吸热放热 膨胀过程指数m 及压缩过程指数m不断变化 4 实际循环有泄漏 指示图面积要变吸气量和排气量 压缩功与理论不同 将m简化为常数 2 3单级压缩机的热力计算 本节主要讨论单级压缩机的排气量 排气压力 排气温度 确定汽缸直径 计算级的功率 效率 2 3 1排气量计算 排气量的定义 1 实际容积排量 实际排气量 经压缩在标准排气位置排出的容积流量换算到标准吸气位置的温度 压力 全组分 如湿度 状态的容积值 只表明机器的大小 标准吸排气位置 某种机型有代表性的位置 实际气体要考虑压缩性指数 2 标准容积排量 标准排气量 标准排气位置的实际容积流量换算到标准工况 1 0135 105Pa 0 的容积 也称供气量 表明压缩机所提供的有效气体量 活塞压缩机的吸气量 理论循环吸气量为Vh 实际循环吸气量Vs Vh 未排尽的气体 Vs v p T Vh 容积系数 v Vh Vc DV Vs 未排尽的气体 容积系数 v V的影响因素 相对余隙容积 Vc Vh 其大小取决于气阀在气缸上的排列方式 取值范围 压力 20 105Pa 0 07 0 12压力 20 105 321 105 0 12 0 16 容积系数 v V的影响因素 压力比 pd ps 当相对余隙容积相同时 越大 V越大 V越小 容积系数 v V的影响因素 m 膨胀过程指数 m 小近等温膨胀线平坦 V大m 大近绝热膨胀线陡 V小取值见表4 4 1 例题 有一单级往复式压缩机 压缩比为6 进气温度为25 C 余隙膨胀指数为1 25 相对余隙容积为0 1 求 1 该压缩机的理论容积系数 2 V 0的压缩比 1 解 0 1 p2 p1 6 m 1 25 已知 例题 有一单级往复式压缩机 压缩比为6 进气温度为25 C 余隙膨胀指数为1 25 相对余隙容积为0 1 求 1 该压缩机的理论容积系数 2 V 0的压缩比 2 解 V 0 即 得 p2 p1 6 压力系数 p V2 p 主要影响因素是气阀弹簧力 低压级 p 0 95 0 98高压级 p 0 98 1 温度系数 T T 其大小取决于进气过程中加给气体的热量 其值与气体冷却及该级的压力比有关 活塞压缩机的排气量 排气量Vd等于吸气量Vs减去气体的外漏量Vl 泄漏的影响用泄漏系数 l表示 泄漏系数 l 有油润滑压缩机 无油润滑压缩机 影响泄漏系数 l的因素很复杂 也有计算方法但很不准确 按经验选取 实际排气量的计算 Vh 气缸的行程容积 n 压缩机转数 rpm 式中 排气系数 v p T l 影响排气量的因素 Vh机器排气量的大小设计 改造时可取 机器确定后不可改变 1 n 转数电网电压波动 n波动 Q波动转数改造n Q 但功耗增加 影响排气量的因素 2 v是 中的主要部分 影响很大 应尽量减小 3 冷却 T m 4 密封 l 实测排气量 Qs ps Ts Zs为进口状态时的参数 式中 Qd pd Td Zd为实测状态时的参数 2 3 2气缸行程容积和缸径的计算 气缸行程容积 气缸直径的计算 单作用筒形活塞 双作用盘形活塞 双作用级差式 式中 S 行程i 同名气缸数d 活塞杆直径 2 3 3排气温度和排气压力 排气温度 在标准排气位置测得的气体温度 Ts m 则Td 压缩机的排气温度受操作条件的限制 单级压比不可太高 排气温度也是判断压缩机运转是否正常的重要参数 排气压力 铭牌上的排气压力 实际排气压力 排气压力是供求关系的反映 标准或合同中规定的能力 取决于系统压力 背压 供 求压力上升供 求压力下降供 求压力保持稳定 2 3 4功率和效率 指示功率 单位时间的指示功 理论指示功率 实测法确定指示功率 解析法确定指示功率 理论指示功率 根据压缩过程不同而不同 理论等温指示功率Nis 理论绝热指示功率Nad V1 实际排气量Vd折合到吸气状态的容积 m3 n 转数 rpm 实测法确定指示功率 绘制指示图 示功器计算机等采集数据 A 实测指示图面积 cm2 n 转数 rpm mp 压力坐标比例尺 Pa cm mv 容积坐标比例尺 m3 cm 双作用 两边指示图功率之和 多缸 各缸指示功率之和 解析法确定指示功率 等面积法简化指示图 理想气体级的指示功率Ni v 容积系数 Vh 气缸行程容积 m3 n 转数 rpm p s p d 平均实际吸 排气压力 Pa m 当量过程指数 解析法确定指示功率 实际气体级的指示功率Ni Zs Zd 名义吸 排气状态的压缩性系数 kT 温度绝热指数 v 实际气体容积系数公式 4 4 5 影响指示功率的因素 1 阻力损失的影响 改善气阀 降低阻力损失是降低功耗的重要途径 p s v Ni 但p s v 会导致质量流量 从而使得单位质量气体功耗 压力比是主要因素 Ni 影响指示功率的因素 2 等温压缩最省功 尤其对多级压缩中间冷却 ts 3 C功耗 1 3 气缸冷却时m Ni 4 介质绝热指数k小 功耗小 小 阻力损失小 功耗小 轴功率和驱动功率 轴功率 轴功率 压缩机驱动轴所需要的功率 机械效率 m由统计值选取 Nc传热 泄漏损失功率 旧规定 机械效率 m的统计值 带十字头大中型压缩机 m 0 90 0 96 无十字头小型压缩机 m 0 85 0 92 微型压缩机 m 0 82 0 92 高压循环压缩机 填料摩擦损失较大 m 0 80 0 85 摩托压缩机 m 0 92 0 96 驱动机功率 驱动功率N0与轴功率之间相差传动功耗 用传动效率 c反映传动损失的相对大小 皮带传动 c 0 96 0 99 齿轮传动 c 0 97 0 99 N驱 1 05 1 15 N0 热效率与比功率 效率是压缩机工作的经济性指标 为了比较方便 取理论循环的功率作为衡量实际压缩循环的基础 基准不同 有不同效率 指示效率 指示效率 理论效率 理论压缩循环功率与实际压缩循环指示功率之比 等温指示效率 i is 绝热指示效率 i ad 轴效率 轴效率 总效率 理论压缩循环功率与轴功率之比 等温轴效率 is 绝热轴效率 ad 0 65 0 75 is常用于评价冷却较好的水冷式压缩机的经济性 不仅反映循环效率 还反映了机械摩擦损失 0 85 0 97 绝大多数压缩机采用 ad评价经济性 比功率 比功率q 单位排气量所消耗的轴功率 Q 10m3 minq5 4 6 3 反映同类型压缩机 在相同进 排气条件及相同冷却条件下能量消耗的先进性 是动力用空压机的重要指标 Q10 100m3 minq5 0 5 3 2 4多级压缩 将气体的压缩过程分在若干级中进行 并在每级压缩后将气体导入中间冷却器进行冷却 多级压缩的定义 为什么要多级压缩 1 节省压缩指示功 2 降低排气温度 3 提高容积系数 4 降低活塞力 减轻机器重量 2 4 1多级压缩的优点 等压比原则 多级压缩中 当各级压力比相等 且各级吸入温度相同时 总指示功最小 2 4 2各级压缩比分配原则 若总压比 t 分z级进行压缩 则根据等压比原则 每级压比为 最佳压力比 等温指示效率最高时 实际指示功率最小 即最省功 此时的压力比称为最佳压力比 0 2 4 3最佳压力比 0和级数的选择 最佳压力比 等温指示效率 i is最高时 实际指示功率最小 即最省功 此时的压力比称为最佳压力比 0 最佳压力比 0 对 i is求极值 0大 0大 级数少m大 0小 级数多 最佳级数 得 将结果圆整成整数 省功的等压比分配及最佳压比 0并不是唯一的原则 实际级数选择及压力比分配 1 首先要根据排气温度考虑各级压力比和级数 2 实际压比与理论有偏差 各级压力损失不同 热交换情况不同 所以m不同 高压级要考虑压缩性系数等 3 气缸直径计算值要圆整成系列尺寸 行程容积变化 各级压力比要发生变化 变化规律要满足连续性原理 实际级数选择及压力比分配 4 其它考虑 为了提高第一级的容积系数 使气缸尺寸不致过大 第一级压比低5 10 低压级相对损失较高压级大 故低压级压比稍大 高压级稍小 背压波动加在末级 为防止末级压比过高 末级压比留有余量 为使各级活塞力尽可能均衡 也要调整压力比 实际级数选择及压力比分配 实际运行中 各级压比随背压变化自动调整 总吸气量由一级入口条件决定 末级排气压力由系统背压决定 中间各级间压力变化的规律服从连续性原理和状态方程 多级压缩机排气量与单级的区别泄漏系数 凝析系数 净化 抽气 系数 2 4 4多级压缩机的排气量和各级行程容积 多级压缩机末级的排气量Q也称输气量 是单位时间内由最末级排出的气体量换算到一级进气状态 p T和组分 的容积值 多级压缩机的排气量 多级排气量Q由三部分组成 Qd 末级排出气量 末级状态 Q 凝结的水汽 换算成一级进气状态 Qc 化工流程中抽出或加入的气量 换算成一级进气状态 多级压缩机的排气量 多级排气量Q 若将Qd换算成任一级 第i级 的吸气量 则 A 式变为 泄漏系数 li 多级压缩机的泄漏由两部分组成 外泄漏 内泄漏 不直接影响排气量 影响 i 间接影响排气量 i级泄漏系数 li要考虑i级及以后各级的外泄漏 以保证设计所需的最后一级排出气量的要求 li 可按经验取 li 0 90 0 98 凝析系数 被压缩介质中含水汽 或易凝析组分 这部分气体的分压随总压的提高而提高 经冷却后 若分压大于饱和蒸汽压 就会凝析 分离排出 以后各级吸气量减少 影响气缸尺寸 其影响用 表示 凝析不影响排气量 换算到一级吸入状态 全组分 即把析出的凝液换算成一级吸入状态的气加进去 什么条件凝析 自学 已知凝析系数 就可算出凝液在一级吸入状态下的容积Q 最后一级的凝析系数 Q0 压缩机末级测得的排气量 一级吸入状态 净化系数 化工工艺中 有时要净化处理 净化后气量减少 影响气缸行程容积 抽去的气体用Qc表示 在第i级前的抽气量用Qci表示 因抽气而产生的各级吸气量变化用净化系数 ci表示 ci1加气 各级气缸的行程容积Vhi 一级气缸 排气系数 多级压缩机的排气量由一级决定 当转数n一定时 排气量大小取决于一级缸的行程容积Vh1及排气系数 供气量与排气量的关系 排气量 表征压缩机的几何尺寸 一级气缸尺寸 大小与运行状态 供气量 标准状态下 1 0135 105Pa 0 C 的干气容积排量QN 设计性计算 根据工艺要求 为新压缩机的设计选型提供热力参数 2 4 5多级压缩机的设计性热力计算 已知 压缩机压缩介质成分 特性 进气参数 ps1 Ts1 1 排气量Q及中间抽气量大小 排气压力pd及压缩机的操作特点等 设计内容 确定结构方案 S 求取各级气体参数psi pdi Tsi Tdi 确定各级Vh及主要尺寸d D 计算Ni N选电机 求最大活塞力 1 根据 t pd ps1 工艺要求 选级数 根据排气量Q 级数 用途 选各缸结构型式与气缸布置方案 多级压缩机设计性热力计算步骤 2 初步确定各级压力比 考虑其他因素 估算排气温度 3 计算与确定各级 vi pi Ti li i ci值 并初步确定各级气缸的行程容积Vhi0 4 计算各级气缸Vhi 初选活塞杆直径d 计算各级气缸径Di 并圆整 缸径圆整后Vhi发生变化 引起级间压力变化 压比变化 温度变化 多级压缩机设计性热力计算步骤 以两级压缩为例 总压比不变 一级D1 D2不变ps2 一级D1 D2不变ps2 一级D1不变D2 ps2 一级D1不变D2 ps2 多级压缩机设计性热力计算步骤 原 4 求得 由于缸径圆整前后的变化量不大 级间压力变化不大 可视 vi pi Ti li i ci Zsi为定值 ps1 Ts1是给定条件 Zs1也不变 Tsi由冷却条件决定 也不变 因此圆整后的行程容积Vhi与排气量Vd 级间压力psi有关 修正后 A B两式相除得 多级压缩机设计性热力计算步骤 因近似不变 由可得 将D式代入C式得修正后的i级名义吸气压力为 I 第i级吸气压力修正系数 6 计算各级平均实际吸 排气压力 并核算各级排气温度 多级压缩机设计性热力计算步骤 7 计算指示功率 轴功率 并选定驱动机 8 计算最大活塞力 例4 5设计一台乙烯压缩机 自学 5 按圆整后的缸径修正各级间名义压力 式4 5 244 5 25 复算性计算 按额定工况设计的压缩机 结构尺寸已定 当生产中遇到工况有较大变化时 级间压力 排气温度 功率 排气量发生变化 为掌握变化程度应进行核算 关键在找出级间压力 2 4 5多级压缩机的复算性热力计算 理论依据 稳定流动的连续性原理 前一级排出的气体必须被后一级吸入 有一z级压缩机 忽略泄漏造成的各级吸气量差别 多级压缩机的复算性热力计算 工程中为了简化 假定 p1 T1 l1 pi Ti li 多级压缩机的复算性热力计算 各级气缸行程容积 Vi 一级进气参数Ts1 ps1已知求各级级间压力ps2 ps3 psi 但 vi I是psi的函数 不能直接求出 需用迭代法求解 迭代求解级间压力psi 1 根据气缸工作容积之比初步估计各级名义吸气压力psi 2 根据p 1 si计算各级 vi I 求出ci 迭代求解级间压力psi 3 检验计算精度 若猜算正确 实际上 c 1 i不相等 取精度 若不满足精度要求 说明p 1 si精度不够 重新取值计算 迭代求解级间压力psi 4 重新确定初值重复以上步骤 i 级次 k 重复次数 一般三次猜算已能满足精度 5 各级压力比确定后 排气量 排气温度 功率等参数计算方法同设计性计算 2 5变工况工作及排气量调节 变工况工作 压缩机在偏离原设计的条件下工作 称为变工况工作 其热力性能要发生变化 最常见的变工况条件有 吸气压力变化 排气压力变化 被压缩介质成分变化 吸气压力变化 标准地区设计的压缩机到高原使用 吸气压力降低 Pd不变 单级压缩机 v Q 海拔4500m以下每上升1000m 大气压 10 12 v 2 3 多级 t 各级压力比变化 间接影响 v1 Q 各级 两者要看 影响的大小 但总的说单位质量气体消耗的功率是增加的 排气压力变化 ps不变 若pd 则 v Q 单级明显 多级间接 Ni 介质改变或混合气成分改变 介质或成分改变 将引起气体绝热指数k变化 而k直接影响膨胀和压缩过程指数 从而影响排气量 功率和温度 k大者示功图面积大 Ni k大者CD线陡 v 排气量 k Td 阻力损失 功耗大 导热率 T 排气量 排气量调节 排气量调节 机器的排气量一般是按最大用气量选用 因此 排气量的调节 一般是指调节到低于额定的排气量 排气量调节可分为连续调节 间歇调节 和分级调节 如100 75 50 25 0等档次 排气量调节的理论依据 排气量调节方式的一般要求 结构简单 工作可靠 经济性好 排气量调节的方法 转数调节 切断进气 旁路调节 顶开吸气阀调节 补充余隙容积调节 转数调节 优点 可连续调节气量 功耗小 各级压力比不变 不需专门的调节机构 缺点 受原动机性能限制 调节范围有限 转数过低 可能会使气阀工作不正常 切断进气调节 优点 结构简单 工作可靠 适用于中 小型压缩机 功耗小 仅为额定功率的2 3 缺点 切断进气后导致压力比增大 排气温度升高 进气压力降低 使作用在活塞上的压力差增加 气缸内出现真空 利用阀门关闭进气管路 由此使容积流量为0 属间歇调节 旁路调节 将压缩机排气管与进气管用旁路连通 使已排出气体全部或部分引回一级入口 达到调节 优点 结构简单 调节的紧急性较好 大型机组启动时常用 缺点 浪费能量 不经济 一般用于短期 不常调节或调节不大的场合 顶开吸气阀调节 原理 增加气缸的外泄漏 即减小泄漏系数 l来调节气量 根据顶开吸气阀的程度不同 有完全顶开吸气阀和部分行程顶开吸气阀两种方式 完全顶开吸气阀调节 工作压力调节器开 顶部小活塞进气 压阀叉 阀片打开属于间歇调节 也可50 双作用气缸 恢复压力调节器关 顶部小活塞卸气 弹簧使阀叉升起 阀片恢复正常 部分行程顶开吸气阀调节 原理与完全顶开吸气阀完全相同 用弹簧 电磁液压等使吸气阀着压缩的部分行程中顶开 其余行程正常工作 优点 调节简单方便 省功 缺点 阀片频繁受阀叉冲击 寿命降低 一般只用于低转数压缩机 补充余隙容积调节 优点 调节方法经济 不影响阀片寿命 缺点 结构笨重 常用于工艺用大型压缩机 连通补充容积的调节方式可以是分级的或连续的 补充容积可以是固定的或连续变化的 排气量调节系统 一般不常调节的场合 调节系统常用手动操作 调节机构依靠人控制 如果调节比较频繁 通常采用自动调节 自动调节 需要有以下职能的机构 主令机构 调节器 适时发出需要调节的命令 传递机构 在压缩机装置中通常利用气体 有时也利用液体和电磁等 执行机构 包括伺服器和调节机构 2 6活塞式压缩机机件的受力分析 活塞式压缩机机件受力分类 压缩气体产生的气体力 往复运动和旋转运动产生的惯性力 相对运动产生的摩擦力 由以上力产生的力距 活塞组件受力分析 活塞组件包括活塞 活塞杆和活塞环 气体力 P pA缸内压力与活塞面积之积p是变化的 P是变化的 摩擦力 Ff全部往复运动部件的摩擦力 方向沿气缸中心线 使活塞杆受拉为正 受压为负 惯性力 I ma往复运动有加速度为计算方便把全部往复惯性力 活塞组件 十子头组件及连杆的一部分 合在一起 认为该力全部作用在活塞组件上 十子头销和连杆受力 十字头销受力 C点 活塞杆传来的综合活塞力Pt 十字头滑道上反力N垂直于滑道 由连杆传来的连杆力Pc沿连杆方向 连杆摆角 连杆受力 两端铰支 二力杆件 受拉压作用 曲轴受力 力Pc传到曲柄销分解为T R Ir作用于曲柄销中心方向与曲柄平行 离心向外 A B轴承支撑反力 三个力矩 T对曲轴中心周期变化方向与曲轴转向相反 方向与曲轴转向相反 方向与曲轴转向相同 曲轴受力 由刚体定轴转动方程 一转中阻力矩耗功与Md输入功平衡 机器匀速转动瞬时转矩不平衡 造成瞬时加速与减速 角加速度 机体受力分析 1 通过气缸盖传给机体的气体力P 2 十字头加给滑道的侧向力N 3 曲轴传到主轴承的Pc和Ir 4 往复运动件传给机体的Ff 曲轴传递的Mf 与曲轴转向相同 机体受力分析 连杆力Pc可分解为沿气缸中心线与垂直中心线的两个分力 沿气缸中心线的分力为 P与Ff在机体内平衡I是自由力未在机体内平衡 作用在主轴中心的Pcsin 与十子头滑道的N大小相等方向相反 距离为 倾覆力矩 倾覆力矩在数值上等于阻力矩 阻力矩加给曲轴 倾覆力矩加给机身 是自由力矩 机体受力分析 不平衡力矩Mf NL传给基础 不平衡力I Ir质量力G传给基础 基础受力 1 机器的重力 2 未平衡的I Ir 3 未平衡的NL与Mf 与曲轴转向相同 4 驱动机传给基础的反力矩 Md 与曲轴转向相反 基础传给土壤的力 GIIr 基础传给土壤的力矩 Md NL Mf 小结 I Ir是自由力 还要产生自由力矩造成机器振动 惯性力平衡 动力计算 两大问题 造成机器曲轴旋转不等速 导致压缩机工作不稳定 2 7惯性力和惯性力矩的平衡 平衡惯性力需知道惯性力的大小及其变化规律 1 加速度是多大 2 不平衡质量是多少 曲柄连杆机构的运动分析 活塞位移外止点x 0内止点x S 2r 曲柄转角外止点 0顺曲柄转向度量 某瞬时活塞的位移 该瞬时活塞的加速度 活塞相对位移 相对速度 相对加速度曲线 质量转化 把活塞压缩机中运动零件的质量按它们的运动情况简化为质点 从而将它们的运动按质点动力学进行计算 方法 将压缩机中运动零件的质量转化为两类 一类质量集中在十子头销中心C处 且只作往复运动 另一类质量集中在曲柄中心D处 且只作绕曲轴中心O点的旋转运动 质量转化 往复运动质量 活塞组件 十子头组件 及部分连杆质量 旋转运动质量 部分连杆质量 集中于D点的曲轴质量 连杆质量转化 采用质量静代换法转化 总质量不变 质心不变 总质量 参与往复运动 参与旋转运动 曲轴质量转化 转化原则 转化前后旋转惯性力不变 将曲轴质量分成三部分 1 与O O对称的部分 不产生旋转惯性力 2 与D D对称部分 集中在D D 距O Or 3 曲轴上不对称质量 距O O 曲轴绕O O旋转时产生的不平衡旋转惯性力为 等效旋转质量 重叠时减去 参与惯性运动的总质量 往复运动总转化质量 产生不平衡旋转惯性力的总转化质量 惯性力计算 往复惯性力 以列记 方向沿气缸中心 有 幅值小 幅值大 旋转惯性力 大小不变 方向沿曲柄向外指 方向变化 单列压缩机惯性力的平衡 旋转惯性力的平衡 方向沿曲柄向外指 方向随 变化 办法在曲柄销对面加平衡质量 使得 单列压缩机惯性力的平衡 往复惯性力的平衡 无法在机内平衡 设想在曲柄对面加平衡质量使之产生惯性力 将此力分解 垂直方向 平衡了I 水平方向 多余惯性力 此方法常用于卧式单列压缩机 以平衡30 50 的I 目的是改变力的方向 使水平方向的振动有所减小 单列压缩机惯性力的平衡 小结 对于单列压缩机 Ir可用平衡质量平衡 I 可改变方向 I 不能被平衡 由此导致了多列式压缩机的发展 直列式多列压缩机惯性力和惯性力矩的平衡 将两列的惯性力分别转化到系统的质心平面Y Y上 则得合力与合力矩如下 一阶往复惯性合力 二阶往复惯性合力 一阶往复惯性力矩 二阶往复惯性力矩 旋转惯性合力 旋转惯性力矩 直列式多列压缩机惯性力和惯性力矩的平衡 小结 对曲柄错角 180 气缸中心线夹角 0 的直列式压缩机 若 则 可用平衡质量解决 How 低压级大活塞用铝材制作或用钢板焊接空心活塞高压级小活塞制成实心铸铁活塞 对称平衡式多列压缩机惯性力和惯性力矩的平衡 对称平衡式压缩机的结构特点 气缸水平置于主轴两侧 相邻曲柄夹角为180 其特征是每一相对列的两组运动组件作对称于主轴中心线的相向运动 相对列的位移 速度 加速度值相等 方向相反 只要相对列的运动质量相等 即 则一阶 二阶往复惯性力和旋转惯性力均能互相抵消 而仅剩余未平衡的惯性力矩 由于该类压缩机气缸处于机身两侧 列间距可做得很小 故此力矩的数值不是很大 V型压缩机惯性力和惯性力矩的平衡 当V型压缩机两列夹角为90 且左右两列往复质量相等时 可以推导出 二阶往复惯性力的合力始终处于水平方向 其值随两倍主轴转速变化 无法简单予以平衡 一阶惯性力的合力I1为定值 且始终处于曲柄方向 因此可用在曲轴相反方向装平衡重的方法予以平衡 V型压缩机的旋转惯性力可用增加平衡重的方法予以平衡 因此V型压缩机的平衡质量要按照一阶往复惯性力与旋转惯性力的合力计算 2 8飞轮矩的确定 根据刚体转动在一转中能量的变化关系 主要取决于原动机的特点及传动方式 与压缩机本身无关 P325表4 10 4 切向力随转角变化图 飞轮矩的确定 为达到允许的 值所必需的飞轮转动惯量为 飞轮 希望重量轻又能获得较大的转动惯量J值 常采用直径大而薄的飞轮 可把轮缘简化为薄圆环 此时 飞轮的转动惯量可写成 工程上常用MD2来表示飞轮的调节能力 称为飞轮矩 因此必需的飞轮矩为 2 9活塞式压缩机的分类 型号与选型 活塞式压缩机的分类 压缩机可从不同角度分类 见p238表4 1 1 活塞式压缩机的分类 按排气压力分 低压压缩机0 3 1MPa 中压压缩机1 10MPa 高压压缩机10 100MPa 超高压压缩机 100MPa 活塞式压缩机的分类 按达到排气压力所需的级数分 单级压缩机气体经过一级压缩达到排气压力 两级压缩机气体经过两级压缩达到排气压力 多级压缩机气体经过三级或三级以上压缩达到排气压力 活塞式压缩机的分类 按气缸中心线相对地平面位置或彼此间的关系分 立式压缩机气缸中心线与地平面垂直 卧式压缩机气缸中心线与地平面平行其中按曲拐的相对位置又可分为 直列卧式 对动式和对置式 角度式压缩机气缸中心线与地平面成一角度按气缸排列所呈的形状可分为 L型 W型 V型 扇型 星型 活塞式压缩机的结构分析 1 立式压缩机 中心线与地面垂直 国内牌号为Z型 优点 汽缸立式布置 重力不在缸壁上 汽缸与活塞 活塞杆与填料的磨损均匀而且较小 活塞工作条件改善 使用寿命延长 密封效果较好 往复力作用在基础上 受力情况好 震动小 基础可小 机身受力主要是拉 压力 机身形状简单 重量轻 占地面积小 厂房可小 汽缸与活塞拆装方便 1 直列式压缩机分为立式 Z型 和卧式 P型 立式压缩机的缺点 汽缸列间距小 加工要求高 安装调整较困难 因受列间距的限制 气阀与级间管道不易布置 汽缸不易变型改造 当作成级差式活塞而多级串联时 机组高度大 为拆装活塞 厂房要求高度大 大型立式压缩机机身太高 操作维修不方便 2 直列卧式压缩机 汽缸中心线水平布置 国内牌号为P 优点 高度小 操作管理和维修方便 可做成多级串联 减少级数 减少运动部件和填料数量 机身和曲轴结构比较简单 曲轴 连杆等拆装方便 大型压缩机的厂房高度可较低 缺点 惯性力平衡度差 所以转速不高 机器尺寸 重量较大 驱动机构和基础尺寸 重量都较大 多级串联时 汽缸与活塞安装麻烦 汽缸水平布置 活塞和十字头重量作用在汽缸壁及滑道上磨损较重 因卧式压缩机的严重缺点 在大 中型的压缩机已被淘汰 但在小型高压压缩机中仍有采用 发挥其结构紧凑 运动部件和避免高压填料等优点 循环压缩机中 因压力高 压力比小 汽缸重而机身小 所以常采用卧式压缩机 2 对置式压缩机 汽缸中心线夹角180度 水平放置 分为对称平衡型和对置型 1 对称平衡型压缩机相邻两列曲柄错角180度 这种压缩机除了具有卧式压缩机的优点 还具有独特的优点 主要是惯性力容易做到完全平衡 机器转速可以提高 机器和基础尺寸 重量可以减小 相邻两列活塞力作用相反 使轴颈受力得到改善 可减轻主轴颈和主轴瓦的磨损 可作成多列结构 串联汽缸少 安装方便 缺点 运动部件多 填料盒数量多且受高压力作用 机身和曲轴结构较复杂 2 对置型压缩机 相邻两列曲柄错角 不等于180 对置型压缩机具有卧式压缩机的优点 而且汽缸可做成奇数排列 切向力较为均衡 但惯性平衡差 主轴承数多 机身 曲轴的刚度较好 但主轴和机身的制造精度相应要求较高 3角度式压缩机 按汽缸数及中心线位置的不同 有L型 V型 W型和扇型 S型 等 V型压缩机的同一曲柄销上装有两列的连杆 两列汽缸中心线夹角为45 60 75 90 等 一般单级压缩机用 90 的结构 惯性力平衡最好 W型压缩机的三列连杆装在一个曲柄上 相邻两汽缸中心线交角45 60 75 等 一般单级压缩机用 60 者惯性力平衡最好 S型压缩机的四列连杆装在一个曲柄销上 相邻两汽缸中心线交角45 60 等 当 45 时 惯性力平衡最好 角度式压缩机的优点 各列一阶往复惯性力的合力可用装平衡质量的办法达到大部分或完全平衡 角度式压缩机可用较高转速 汽缸成角度布置 使汽阀容易布置与安装 汽阀流通面积可增大 中间冷却器 分离器等辅助装置及级间管道可直接装在机器上 使布置紧凑 几列连杆在同一曲柄销上 减少曲柄数目 曲柄短 机器轴向尺寸小 因此 主轴颈可用滚动轴承 通用压缩机的系列及型号 活塞压缩机的系列化 通用化和标准化工作对压缩机的设计 制造 使用维修和管理均有重要作用 国内压缩机有以下四类系列 1 微型空气压缩机系列 排气量在3m3 min以下 排气压力在1MPa以下的压缩机 2 动力用移动式空气压缩机系列 这类压缩机的排气量在3 10m3 min之间 排气压力在0 7MPa 这种压缩机采用风冷V型结构 体积小 重量轻 操作维修简单 3 动力用固定式空气压缩机系列 这类压缩机的排气量在3 10m3 min之间 排气压力在0 8MPa 这种压缩机一般采用风冷L型结构 4 中 小型制冷压缩机系列 结构上常采用单级单作用结构 石油化工用压缩机的特点 石油化工用压缩机的特点 石油化工厂内有许多气体与空气的混合 在一定的比例下会发生爆炸 因此必须注意气体的爆炸极限 采用良好的密封措施 不少气体对人体有毒 所以必须采取严格的密封和良好的通风措施 不饱和组分在低温高压下会液化而凝成液体析出 稀释与污染汽缸润滑油 使机件加快磨损 当CO CO2 Cl2含有水分时 会产生酸腐蚀 所以要去除水分 活塞式压缩机的型号编制 JBT2589 1999 规定了如下压缩机型号的编制方法 功率 额定排气压力 单位105Pa 额定排气量 单位m3 min 结构代号 用拼音表示 机器特征 用拼音表示 列数 机型的选择 1 满足使用条件 符合以下要求 2 有较高的经济性 3 运转可靠及便于操作维修 4 动力平衡性好 惯性力平衡 切向力较平衡 机器运转平稳 2活塞式压缩机的选用原则 1 选择压缩机生产能力与设计中要求的气量相适应 并力求机组效率高 占有厂房面积小 运转可靠 维修方便 2 考虑