第四章压缩机.

1、第一节活套式压缩机的特点和分央-、特点第四章压缩机船用压缩机的工质主要是空气和制冷剂，特种船舶上还配有二 氧化碳压缩机。本章介绍空气压缩机r启动作为舰船主机的柴油机操纵大型柴油机的换向机构和轴系离合器压缩空气 吹洗精密机件、管路、海底阀、锅炉烟道 用途报警系统、自动控制系统和风动工具的能源充填压力水柜'舰艇上的火炮操纵和鱼雷发射空气压缩机是舰船安全航行、保持战斗力和争取生存力的重要设备Marine Auxi1iary Machinery/压力范围广，从低压到超高压都适用。工业中使用的最高压力已达350MPa,实验室中达lOOOMPa活塞压缩 效率高。绝热效率，大型的达80-85%,小型

2、的为 机优点6570%适应性强。排气量调节时排气压力几乎不变，可在 较大范围内选择排气量，特别是排气量较小时，速 度型压缩机很困难，甚至是不可能主要缺点是：体积大而且重，气流有脉动性，易损零件较多，流 量较小，单机排气量一般小于500m3/minMarine AuxiliaTy Machincry气缸 （形式级数活塞压缩 机分类工质冷却1方式立式L 卧式W 角度式V单级多级空气（空压机）制冷剂 其他气体水冷排气压力排气量低压：3 1 Obar 中压：10 1 OObat 高压：lOObar以上微型: 小型: 中型: 大型:<lni3/min1 1 OnP/min10 100m3/min&

3、gt;100mVmin风冷（空冷）余隙容积：活塞上死点时活塞与缸盖间的空间无余隙容积，无气体泄漏，气阀关闭及时理论工作 循环假设气体在进排气过程中状态不变，且没有摩擦损失气体压缩时的指数不变Marine Auxi1理论工作循环2：PdP吸气4_1,活塞到达右止点绝热12:气体与缸壁不存在热交换 压缩多变12':缸壁有一定程度的冷却等温12 :缸内气体温度始终不变排气23,活塞到达左止点每循环所消耗的功可用P-V图上的面积4123表示 等温压缩做功最小，多变压缩其次，绝热压缩最大Marine Auxiliary Machinery2A" Kyr V；一金匚'Vc使排气量

4、减少的程度用 容积系数入V表示保留余隙 容积原因防止水击事故 1余隙容积Vc的影响"1 排气结束V：中气体膨胀当缸内压力低于吸入管中 压力Ps 定值时（阻力，吸气阀弹簧力），气体吸入缸内。由3， 表示.每转减小的排气体积按进口状态计算，用表示， 气缸工作容积相对余隙容积W低压级:0. 07-0.12,中压级：0.090.14,高压级：0.110.16Vc/V禅大或压力比兀/几越高，人越小.一般入v=0. 65 - 0. 90r防止活塞与缸盖相碰I减少阀片所受的冲击力气缸直径/mm余隙/mm55 900.40 0.5590 1200.50 0.651201500.60 0.751502

5、000.70-1.0船用空压机气缸余隙的一般范围鬥吸气时，气流要克服气阀的弹簧力以及流动阻力，实? 进气压力低于名义进气压力，进气阀在点"而不是在点"打开; 吸气终了压力P/要达到名义吸气压力Ps需要经过一段预压缩这 相当于有效行程容积缩小到V"进气管压力波动的影响取决于吸气终了时进入气缸的气流压力 波的相位和波幅阻力损失对吸气能力的影响用 压力系数入p表示影响入p的主要因素是进气阀的弹簧力和进气管中的压力波动 过翼的弹賛使气阀提前关闭，降低缸内气体压力，使Xp下降当吸气终了气流处于波峰时能起到增压作用，使吸气终了压力 P1 ' >Ps> 使入

6、P >1当吸气终了气流处于波谷时能起到减压作用，使吸气终了压力 P1 ' <ps> 使入 P <1同样排气过程中缸内压力高于排气管中的压力进排气阻力损失增加的循环功可以在P-V图上表示对空气压缩机州=0 .95 - 0. 98,较小的值适用于通道截面较小 或具有过强弹襄的气阀Marine Auxiliary Machine巧El压缩开始：T壁T气，热量从缸壁传给气体，吸热压缩压缩后期：T星<T气，热量从气体传给缸壁，放热压缩 各阶段换热情况 排气过程：0<T气，热量从气体传给缸壁，放热降温 初期：T壁CT气，热量从气体传给缸壁，放余隙容积热应胀八 &

7、#39; 八|后期：T>T气，热量从缸壁传给气体，吸热膨胀Marine Auxi1iary Machinery吸气过程中气体从缸壁吸热，温度高于进气管中的温度，比Marine Auxi1iary Machinery容较大，折算到名义吸气压力和吸气温度时，V$v"使吸气 能力下降。这种损失称为预热损失，用山表示Marine Auxi1iary MachineryMarine Auxi1iary Machinery缸壁和活塞传给气体的热量"取决于 余隙容积中气体膨胀终了时的温度吸气过程中阻力损失（转化为热量）缸壁温度的高低主要取决于压力比。Marine Auxi1iary

8、 Machinery温度系数入T与斥力比的关系对于小型、气缸冷却不良、转速低、气阀通道阻力大、相对 余隙容积较大、气体导热系数高的压缩机，应取较小的口 反之取较大的山Marine Auxi1iary MachineryMarine Auxi1iary Machinery由于气阀、活塞环等密封不严而造成泄漏，使排气星损失 漏泄使压缩机排气量减少的程度可用气密系数入I来衡量 一般入厂090098压缩过程和余隙容积气体的膨胀过程中，由于气体温度不断 变化，与缸壁热量交换的多少及热量的流向也在不断变化， 其过程指数不断改变。为了方便计算都以恒定的多变过程指 数来代替输气系数入：各种因素对输气量的影响M

9、arine Auxi1iary Machinery第三节多级压缩和中间冷却-、单级压缩的极限Vc： £越高，U越小。排出压力Pd越高，膨胀过程越 长，有效S越小，当Pd达到一定值后，有效行程为0单级压缩 的极限压缩终了温度：£越大，排气终了的温度越高。当其 达到一定值后，影响润滑系统的工作。（固定式低于 160° C ,移动式低于180。C）例如：对于空气，T产27° C, e = 8, T2= 212° C （70号机油的闪点温度为200。C,会有爆炸的危险）降低冷却效果：压缩比越大，压缩过程越偏离等温 过程Marine Auxiliary

10、Machinery 二、多级压舗和中间冷却1活塞空压机压力比较大时都采用多级压缩，并设有级间冷却 压缩级数越多，经中间冷却后的压缩过程越接近等温过程总消耗的功最小多级压缩I 比的确定1I各级压缩终了的温度相同各级压缩比相同时总消耗的功最小，即第三节多级压缩和中间冷却第三节多级压缩和中间冷却Marine Auxi1iary Machinery如果以最省功作为选择£的依据，每级的最佳E 般为24 （使该级等温指示效率最高）实际压缩过程后一级£比前一级£略小.（后一级吸气温度高 于前一级；后一级冷却不如前一级；后一级比前一级更偏离等 温过程）商船的空压机额定排出压力多在

11、3MPn左右，为使空压机的体 积、重量较小，装置不太复杂，一般不以省功原则为依据， 而是在排气温度允许范围内（冷却较好时压力比允许达67）, 尽量采用较少的级数，故一般为二级Marine Auxi1iary Machiner一级压缩和中间冷却Marine Auxi1iary MachinerMarine Auxi1iary Machiner二级压缩和中间冷却流程吸气压缩冷却 吸气压缩=冷却排气Marine Auxi1iary MachinerMarine Auxi1iary Machiner二级空压机流程示意图Marine Auxi1iary Machiner单级和二级压缩在P-V图上的理论工

12、作循环Marine Auxi1iary Machiner单级压缩机，理论工作循环如Rdfp所示吸入压力P. 排出压力g低压缸将空气由吸入压力匹压缩至级间 压力Pz其理论工作循环如oabno所示; 二级压1缩机低压缸排气，定压冷却后温度降低，体积(1) 降低排气温度：单级压缩时压力比较大，压缩终点的温度太高温度太高会降低滑油粘度，使润滑和密封性能下降； 使滑油分解，在缸内及气阀上形成结碳，加剧磨损； 当温度超过滑油闪点时，会有爆炸危险规定固定式压缩机排气温度不超过160C,移动式压缩机不超 itl80°C二级压缩由于经过中间冷却，其压缩终点的温度比单级压缩终 点的温度要低得多Marin

13、e Auxiliary Machinery(2) 提髙输气系数：单级压缩时，输气系数入随压力比增加而 迅速下降余隙容积等实际因素的影响使气缸有效吸气容积减少。二级压 缩时气缸有效吸气容积由Z增长至oa(3) 节省压缩功：二级压缩每工作循环理论上所节省压缩功为 面积cbdec与opmno之差Marine Auxi1iary Machiner(4) 减轻活塞上的作用力：单级压缩机要一次达到要求的排气 压力，活塞受力较大。而多级压缩只有高压级承受高压(5) 机构复杂，零部件增多，体积和重量增加，气流阻力增加, 机械效率降低AMarine Auxiliary Machinen活塞式压缩机的热力性能包括

14、排气压力、排气量与输气系数、 排气温度、功率和效率等1.排气压力压缩机的排气压力是指最终排出压缩机的气体压力， 多级压缩机末级以前的各级的排出压力称为该级的排气压力 或级间压力/排气压力并非恒定排气压力丿 说明 1铭牌上标出的排气压力是指额定排气压力 可在额定排气压力以下的任意压力下工作 强度和排气温度等允许，也可在超过额定.排气压力下工作Marine Auxi1iary Machiner压缩机排气压力的高低取决于“背压”，即排气系统内的 气体压力进=出系统稳定 于某压力压缩机稳定 于此压力排气系统进 出是否平衡进出压缩机压力 不断升高气体质量、压 力不断升髙Marine Auxi1iary

15、MachineryMarine Auxi1iary Machinery气体质量、压 力逐渐降低压缩机压力也降 低，直到进出, 稳定在新压力Marine AuxilidTy Machinery多级压缩机的级问压力也服从上述规律活塞式压缩机中，压力变化往往是气量供求变化的反映, 压力变化是现象，气量变化是本质2 排气量和输气系数理论排气量就是活塞行程容积：单位时间内活塞所扫过的容积单作用气缸的压缩机：匕=tvD2Shz/240m3/s一气缸直径，m; J活塞行程，m; n转速，r /min; z第一级气缸数目由于余隙容积、吸气阻力、吸气预热和漏泄的影响，实际排 气量0小于活塞行程容积人，Q/叫称为

16、输气系数，用入表示(余隙容积引起的损失增加压缩机本身没有变化，E增加，V漏泄增加 入明显降低气缸温度升高，预热损失增加入右065080范围内rine Auxi1iary MachineryMarine Auxi1iary MachineryMarine Auxi1iary Machinery排气温度排气温度是指最终排出压缩机的气体温度。排气温度不同于 压缩终了温度，节流和热交换使压缩终了的温度降低排气温度过高使滑油粘度过低，滑油中的轻质缩分挥发，导致 气体中含油增加，润滑性能恶化，甚至形成积炭，因此一般把 排气温度限制在160匸以内用自润滑材料做密封元件，排气温度则取决于自润滑材料的性 能，如

17、聚四氟乙烯做成的元件，排气温度限制在i8(rc以内压缩特殊气体的压缩机，视气体性质而异，需把排气温度限制 在更低的范围内Marine Auxi1iarv Machinery排气温度是一个很重要的指标。有时甚至因为排气温度的限制 必须采用较多的级数，或者用进气冷却等措施来降低排气温度4.功率和效率按理论循环计算所需功率称为理论功率。可以按等温理论循环 或绝热理论循环计算。分别称为等温理论功率（用Pt表示）和绝 热理论功率（用P$表示）比功率N： 一定排气压力下，单位排气量所消耗的轴功率N= P/Q压缩机中直接消耗于压缩气体的功率称为指示功率，用Pj表示。 用示功图测量计算得到Marine Aux

18、i1iary MachineryMarine Auxi1iary Machinery理论功率与指示功率之比称为指示效率，用Hi表示=PJ R指示效率反映了实际气体在工作过程中由吸、排气阻力及气体 的摩擦、旋涡等造成的总的能量损失的大小Marine Auxi1iary MachineryMarine Auxi1iary Machinery等温指示效率 等温热力循环完善程度 耳吓=Pt I Pi绝热指示效率绝热热力循环完善程度Qs = Ps【PiMarine Auxi1iary MachineryMarine Auxi1iary Machinery等温指示效率还反映冷却达不到等温压缩而附加的能量损

19、失, 比绝热指示效率更低机械效率m：评价压缩机运动机构完善程度指标等温效率m：评价水冷压缩机的性能指标Ptfir = - = niTnt绝热效率：评价风冷压缩机的性能指标Ps叫s =下=y一般压缩机n T约为°60 0.75, n s约为0.65 - 0. 70 （小型）、0. 70 - 0. 80（中型）、0.80-0.85 （大型）Marine Auxi1iary Machinery机器的形式结构影响因素级数和列数Marine Auxi1iary MachineryMarine Auxi1iary Machinery各级气缸在列中的排列各列间曲柄夹角的排列用途运转条件 选择结构依

20、据排气量和排气压力驱动方式占地面积Marine Auxi1iary MachinerMarine Auxi1iary Machinery压缩机的结构特点体现在：气缸的排列形式（气缸中心线 与水平面的相对位置）和运动机构的结构角度式：气缸中心线与水平面成一角度气缸排 立式：气缸中心线与水平面垂直列形式（一般卧式：气缸都在曲轴一侧卧式 气缸相 对置式：气缸在曲轴两侧，相邻 对曲和位置 的两相对列曲柄夹角不等于180。Marine Auxi1iary MachineE3占地面积小对置平衡式：气缸在曲轴两侧， 相对两列气缸的曲柄夹角为180。Marine AuxiliaTy Machinery优点气缸

21、和活塞的磨损比卧式的小而且均匀无油润滑时对活塞环和填料有利立式空压机特点管遒布置困难缺点.大型压缩机采用立式时高度较大Marine Auxiliary Machiner占地面积小普通卧式空惯性力不能平衡，所以转速受到很大限制 压机特点气缸和活塞的磨损较大且不均匀小型空压机惯性力完全平衡，转速提高，尺寸小、重量轻 相对的活塞受力互相抵消，改善主轴颈的受力 对置平衡式可采用较多的列数空压机特点运动部件和填料数量较多机身和曲轴的结构比较复杂绝大部分大型空压机采用角度式空 压机特点各列惯性力可用平衡重块平衡，可 取较高的转速气缸错开，利于气阀的布置和安装, 气阀通流面积大中间冷却器和级间管道可直接装在

22、 机器上，结构紧凑曲轴的轴向长度较短管道布置困难高度较大I中、小型和微型空压机Marine Auxi1iary MachineryMarine AuxiliaTy Machinery基本部分：机身、曲轴、连杆等，其作用是传递 动力，连接基础与气缸部分空压机的 气缸部分：气缸、气阀、活塞、填料和排气量调基本结构节装置等，作用是形成压缩容积和防止气体泄漏辅助部分：包括冷却器、缓冲器、气液分离器、 滤淸器、安全阀、油泵、注油器及各种管路系统, 是保证压缩机正常运转所必需的部件Marine Auxi1iary Machiner1气缸的结构因压力、气量、气缸排列形式、冷却方式、气阀 配置形式、工质、气缸

23、材料不同而不同按压力高低气缸分别由铸铁、铸钢和锻钢制成.因钢的耐磨 性较差，钢质气缸通常都设有铸铁气缸套大多数气缸是水冷式小型和微型压缩机的气缸一般做成单作用式，采用空冷一、排气量调节11停转调节停转调节是利用压力继电器之类的装置来控制原动机的停开, 使压缩机暂时停转，以实现排气量的间断调节优点是压缩机与原动机同时停转，没有功率消耗缺点是启、停频繁，零件磨损增加，一般只用于微型压缩机上Marine Auxi1iary Machine2.改变转速的调节主要用在内燃机驱动的空气压缩机上，靠储气罐的压力控制 内燃机转速而实现。内燃机的转速可连续地改变，故可实现 排气量的连续调节优点：气量变化连续，功率消耗较小；因为转速降低时，气体流速降低，摩擦损失和压力损失都减小; 气体在循环时间加长，可得到较好的冷却缺点：受原动机本身性能的限制，只能在60 - 100%的额定转速 范围内变化，转速过低时经济性很差Marine Auxi1iary Machine3