第5章-活塞式压缩机惯性力平衡1

1、1压缩机惯性力的平衡惯性力及惯性力矩的平衡单列压缩机（1）旋转惯性力的平衡 oromom r20IrrFm r2若在曲柄的相反方向距离曲轴旋转中心的位置安装一块平衡质量为 ，使平衡质量产生的离心力，与旋转惯性力大小相等而方向相反，即00rrmmr则旋转惯性力被平衡掉 rm rm r220 02平衡重点安装方式平衡重点安装方式3 （2 2）往复惯性力的平衡及转移）往复惯性力的平衡及转移osprrmm)5 . 03 . 0(在单列卧式压缩机中常将一阶往复惯性力的3050转移至水平方向，其平衡质量pm在立式压缩机中常将一阶往复惯性力的1520转移至水平方向，其平衡质量(0.15 0.2)psormm

2、rpm实际上，单列压缩机的实际上，单列压缩机的1阶往复惯性力采用简单的方式阶往复惯性力采用简单的方式是无法平衡，二阶往复惯性力则根本无法平衡是无法平衡，二阶往复惯性力则根本无法平衡单列压缩机加装平衡重，只能将一阶往复单列压缩机加装平衡重，只能将一阶往复惯性力转过惯性力转过9004 从理论上讲，可以用图所示的正反转质量平衡系统来实现往复惯性力的完全平衡。一阶正反转质量的转速与压缩机的转速相同，它们在水平方向的离心力相互抵消，垂直方向的分力之和等于一阶往复惯性力，而方向相反。二阶正反转质量的转速为压缩机转速的2倍，即可同样平衡二阶往复惯性力。然而这样的结构由于过分复杂，迄今在压缩机中末得到应用。5

3、 总上所述，在单列往复活塞压缩机中设置平衡质量，能够平衡其旋转惯性力，并转移部分一阶往复惯性力。总的平衡质量 为bm卧式压缩机00(0.30 0.50)bprsrmmmmmr立式压缩机00(0.15 0.20)bprsrmmmmmr6n多列压缩机惯性力的平衡 两列以上的压缩机称为多列压缩机由于列数较多，可以通过其结构的合理布置，使惯性力得到部分或者全部平衡。常见的平衡方法有两种，一种是通过各列曲拐错角的合理配置；另一种是在同一曲拐上配置几列气缸，通过各列气缸中心线夹角的合理布置。 列指气缸中心线数或者连杆数在多列压缩机中，各列的惯性力组成了一个空间力系，因在多列压缩机中，各列的惯性力组成了一个

4、空间力系，因而除了出现惯性力的平衡问题外，还出现了惯性力矩的平而除了出现惯性力的平衡问题外，还出现了惯性力矩的平衡问题。衡问题。7 立式或卧式压缩机第一列各惯性力为cosIISsFm r22cosISsFm r2rrFm r2第二列的惯性力，若以第一列曲柄转角 为基准，则得cos()IISsFm r2180cos ()IISsFm r22 180rrFm r2两列曲拐错角为两列曲拐错角为1800压缩机压缩机特点：气缸中心线平行配置在曲轴同一侧8 将两列的惯性力分别转化到系统的质心平面ss上则得合力和合力矩如下()cosIssFmm r2一阶往复惯性力的合力二阶往复惯性力的合力()cosIIss

5、Fmmr 22旋转惯性力的合力()rssFmm r2一阶往复惯性力的合力矩()cosIssMm bm c r2二阶往复惯性力的合力矩()cosIIssMm bm cr 22旋转惯性力的合力矩()rrrMm bm c r29 sssmmm如果两列的往复运动质量和旋转运动质量均相等，即rrrmmm并且 bca2，则得IF 0cosIIsFm r222cosIsMm ra2IIM 0rrMm ra2()cosIssFmm r2()cosIIssFmmr 22()cosIssMm bm c r2()cosIIssMm bm cr 22()rrrMm bm c r2()rrrFmm r2rF 010 由

6、此可见，倘若两列的往复运动质量，旋转运动质量相等，就可以使一阶往复惯性力、二阶往复惯性力矩和旋转惯性力得以平衡。其中一阶往复惯性力的影响最大，能够完全平衡是很重要的。为此，在压缩机设计时，往往把低压列的大活塞采用铝制或焊接结构而把高压列的小活塞制成实心的铸铁活塞，以保证两列往复质量相等，从而达到完全平衡一阶往复惯性力的目的。 由于每列的曲柄连杆机构都取相同的式样、尺寸，它自动地使每列的旋转质量相等。 另一影响较大的是一阶往复惯性力矩不能平衡而只能用缩小列间距离来减小其数值。 二阶往复惯性力的影响不大，不能平衡而任其存在。 旋转惯性力矩则可以用加装平衡重的方法子以平衡。不能平衡的惯性力和惯性力矩

7、的极值与相对应的转角位置可以如下求出11sin=20minIIsFm r 22cosIIsFm r222求导求导二阶往复惯性力的极值位置为二阶往复惯性力的极值位置为0000=0 90 180270、 、或将将 值代入：值代入：当当 =00 或者 =1800时当当 =900 或者 =2700时maxIIsFm r22cosIsMm ra2sin =0求导求导当当 =00 时当 =1800maxIsMm ra2minIsMm ra212 两列曲拐错角为两列曲拐错角为900压缩机压缩机第一列各惯性力为cosIISsFm r22cosISsFm r2rsFm r2第二列的惯性力，若以第一列曲柄转角 为

8、基准，第二列超前第一列900第一列各惯性力为cosIISsFm r22cosISsFm r2rrFm r2cos()sinIISssFm rm r 2290cos ()cosIISssFm rm r 222 902rrFm r2第二列各惯性力为13 IIF 0当两列的往复运动质量和旋转运动质量相等，b=c=a/2往复惯性力与旋转惯性力和合力矩(cossin )IsFm r2rrFm r22一阶往复惯性力的合力矩(cossin )IrMm ra212二阶往复惯性力的合力矩cosIIsMm r22旋转惯性力的合力矩()()rrrrMm rbm rcam r222222214由上述计算可知， 两列压

9、缩机，仅二阶往复惯性力在机器中得到平衡，但两列为双作用时，可得到较为均匀的切向力曲线，这对于大型压缩机减小飞轮尺寸是有利的，所以常为两列双作用采用，两列均为单作用的压缩机取0900180(cossin )IsFm r2cossin 0一阶往复惯性力的极值位置1tg 01350315IminSFm r 22ImaxSFm r22一阶往复惯性力合力矩的极值位置15 1tgsincos 0(cossin )IrMm ra21204502252I22maxsMm ra2Im22ixsMm ra 二阶柱复惯性力合力矩的极值和相应的转角位置也可用同样方法求得旋转惯性力合力及合力矩可在每个曲柄上装平衡重的方

10、法加以平衡16 120曲拐错角为 的三列立式（或卧式）结构假设各列往复、旋转质量分别相等，即 123ssssmmmm123rrrrmmmm则可得到合成后的一、二阶往复惯性力 及旋转惯性力 列间距相同17 ,1,2,3222123coscos(120)cos(240)0IsIsIsIssssFFFFm rm rm r,1,2,3222123coscos2(120)cos2(240)0IsIsIsIssssFFFFm rm rm r0IrF 22(coscos(240)3( 3cossin )2IsssMam ram r23( 3cos2sin2 )2IssMa m r23IrrMam r18 合

11、成后的往复惯性力矩不等于零，会形成振动激发源，合成后的旋转惯性力矩尽管不为零，但可以通过加平衡质量的方法平衡。总体讲，这种结构型式的惯性力（矩）平衡效果也是很不错的。两列对动式结构两列对动式结构19 这样布置的压缩机通常称为“对称平衡型”压缩机，这种压缩机虽然曲拐错角也为1800，但两列缸对称布置于曲轴两侧，与两列气缸在曲轴同侧 的情况不同。按活塞处于外止点时曲柄销转角 的规定，两列的转角是相同的（ ）。同时两列的运动方向相反，所以从整个机器看两列的往复惯性力的方向是相反的其合力为：0=00=18012=20 如果两列的往复质量、旋转质量各自相等，即 12sssmmm12rrrmmm， 22,

12、1,212coscos0IsIsIsssFFFm rm r22,1,212cos2cos20IsIsIsssFFFm rm r22,1,2120IrIrIrrrFFFm rm r由于两列对动式结构的气缸中心线并不重合，往复、旋转惯性力都会产生不平衡的惯性力矩，分别为其中一列的惯性力与列间距的乘积 21 多列对动式结构 13sssmmm22ssmm惯性力和力矩均能平衡两列往复、旋转质量各自相等时，两列对动式结构的惯性力（矩）平衡效果是相当好的 22 多列对动式结构 一些大型压缩机利用两列对动式结构在惯性力平衡上的优势，采用三列及三列以上的对动式结构，通过合理配置曲拐错角，能将惯性力矩也平衡掉 1

13、3sssmmm22ssmm当各列往复运动质量满足， 三列对动式结构四列对动式结构当各列往复运动质量满足1234=ssssmmmm23 多置式压缩机结构 对置式压缩机的气缸置于机身的两侧，对置式压缩机的气缸置于机身的两侧， 但相对列的活塞部件运动不对称但相对列的活塞部件运动不对称。 根据运动的特点分为三种类型：根据运动的特点分为三种类型：1、主副连杆的对置式压缩机（与单列或者多列的立式相同）、主副连杆的对置式压缩机（与单列或者多列的立式相同）2、连杆并列的对置式压缩机（可以看作是气缸轴线错开、连杆并列的对置式压缩机（可以看作是气缸轴线错开180度角度式）度角度式）3、各列均有自己的曲拐的对置式压缩机（参照多列立式）、各列均有自己的曲拐的对置式压缩机（参照多列立式）适用范围： 大型压缩机应用非常的普遍。卧式压缩机对安装和基础的要求高。24 第一种类型，运动情况和单列的压缩机完全相同，仅往复质量为两侧往复质量之和，多列时，其平衡情况与多列立式和卧式压缩机相同，因为两侧气缸在同一轴线上，使气体力能相互抵消一部分，改善运动机构和轴承的受力，超高压压缩机采用第二种类型一般均为偶数列，运动情况与V型压缩机将夹角扩大到1800相同12s