第二章 容积式压缩机-3

容积式压缩机过程流体机械机械设备第2章 容积式压缩机往复式压缩机基本构成和工作过程2.1往复式压缩机的热力性能及动力性能2.2往复式压缩机的气阀与密封2.3

往复式压缩机的调节与控制2.4往复式压缩机的选型与结构实例2.5菜单2.6

回转式压缩机2.2往复式压缩机热力和动力性能菜单热力性能：排气压力、排气量、排气温度以及功率和效率动力性能：压缩机运行过程中各种力及力矩分析、飞轮矩的确定及力和力矩的平衡2.2.1压缩机的热力性能（１）排气压力压缩机最终排气压力的大小由排入系统内的气量和从系统输出的气量是否平衡所决定。

虽然压缩机名牌上都标明了额定排气压力，但压缩机工作时的排气压力往往取决于压缩机和排气系统之间的气量平衡关系，只有压缩机的排气量和系统的用气量之间达到供求平衡关系时，才能保证压缩机排气压力稳定。排气压力排气压力：气体量的供需决定排气系统的压力：“背压”

排气量=需求量：

稳定压力下运行排气量<需求量：

压力下降排气量>需求量：

压力上升，高出一定限度出现事故进、排气系统形式（２）排气温度 压缩机末级压缩终了气体温度排气温度:压缩机出口法兰Td’是影响压缩机正常运行的重要参数排气温度过高，润滑油黏度降低、性能恶化积炭及气体含油成分增加；排气温度过高，发生腐蚀、爆炸等现象排气温度过高的原因？改善措施？采用多级压缩、进气冷却，气体成分变化等)(KTTnnsd1-=eTT’dd<(３）排气量（容积流量）析出的水蒸气、被洗涤气体均计入排气量，排气量是吸气量与泄露量差值，计算压缩机的几何尺寸1.排气量

在所要求的排气压力下，压缩机最后一级单位时间内排出的气体容积，换算到一级进口压力和温度时容积值。一、排气量定义（实际与标准两种）压缩机铭牌标识：额定排气量，特定进口状态（进气压力=1个大气压、温度=20℃）的排气量。一、排气量定义压缩机实际排气量表征压缩机的大小，而不表明压缩机所能提供的有效气体数量。实际循环的排气量理论计算公式：泄漏系数是影响实际循环排气量的因素,也可能影响吸气量。其取值范围：对一般有油润滑压缩机：对无油润滑压缩机：气阀、活塞环、填料。多级压缩机的级间管道和辅助设备（油分、中冷）也可能产生泄漏。外泄漏——漏入大气、1级吸气管道或与1级吸气相同的容积中，称外漏。泄漏部位：泄漏类别：外漏影响排气量和级间压力分配。内泄漏——漏出的气体只是在压缩机内部从高压级漏入低压级。选取泄漏系数时，通常高压级取高些（泄漏影响相对较小），而低压级取低些（后面高压级有泄漏，前面低压级要多吸气——相当于低压级气缸利用率低）。内漏不影响排气量，只影响级间压力分配。内漏增大耗功。☆思考题2.7

分析压缩机在高海拔地区运行气量的变化规律并解释其原因

吸气压力

ps

：一级进气管道（法兰测点）处压力

（名义或铭牌额定压力）常压进气由大气压力确定高海拔地区当地大气压力即吸气压力

ps↓若排气压力pd不变，则名义压力比ε↑根据（2-12）式和（2-11）式容积系数λV

↓，实际吸气量

Vs0↓，容积流量

qV↓

排气压力

pd

：末级排气接管（法兰测点）处压力（名义或铭牌额定压力）由储气罐压力（用户）确定2.标准容积流量（供气量）压缩机单位时间内排出的气体容积折算到基准状态时的干气体容积值，叫标准排气量，也称供气量。qVN二、供气量定义级间如果有冷凝水析出，则被分离的冷凝水不计入供气量；

级间如果进行抽气洗涤净化，则被洗涤掉的组分不计入供气量；

被抽掉气体若用于工艺流程，则计入供气量；

若中途加入其它气体并由机组出口排出，则这部分气体计入供气量指示功：压缩气体所消耗的功。摩擦功：克服机械摩擦所消耗的功。轴功率：单位时间内主轴所消耗的功率。轴功率为指示功率和摩擦功率之和。(4）功率和效率级在每转中的指示功：级的指示功率：单位：W多级压缩时，各级的指示功率为：W压缩机总的指示功率为：W压缩机的轴功率为：W常用于比较同一类型压缩机的经济性，它很直观，特别是空气动力用压缩机常采用比功率来作为经济性评价的指标。比功率:定义：单位排气量所消耗的功，单位为kW／(m3／min)或kW／(m3／h)对皮带传动要考虑传动效率。另外，还应考虑5%~15%功率储备。则：WW储备系数，k=1.05~1.15传动效率，ηc=0.96~0.99压缩机的驱动功率：思考题：1.压力比分配的基本原则？2.排气量和供气量的区别？3.泄漏系数从低压级到高压级选取时如何变化？为何？2.2.2压缩机的动力性能曲柄连杆机构的运动压缩机中的作用力惯性力的平衡切向力图目的：分析各种作用力及力矩，指导压缩机的结构设计，及压缩机基础和减震设计,保证压缩机安全平稳运行1曲柄连杆机构的运动一、机构的运动分析曲柄连杆机构的运动简化为两质点的简单运动。（1）曲柄销E点的旋转运动（2）活塞销B点的直线往复运动1、曲柄销E点的运动关系1曲柄连杆机构的运动2、活塞销B点的运动关系活塞位移：1曲柄连杆机构的运动一质量的换算2压缩机中的作用力往复式运动的零件：连杆、曲柄、活塞、活塞杆、十字头等

作直线往复运动的零件：活塞、活塞杆、十字头

作单纯旋转运动的零件：曲轴、飞轮

作复杂性运行的零件：连杆转化

Q离O点的距离为，对O-O轴产生的旋转惯性力为:

转化成作用在曲柄销E中心点上的等效旋转惯性力为：故曲轴上产生旋转惯性力为：连杆质量的转化粗略认为连杆质量的大部分集中在大头，小部分集中在小头，对于大多数压缩机的连杆可取：总运动质量的转化旋转运动质量往复运动质量二作用力的计算（

1）压缩气体的作用力；（气体力）（

2）运动件产生的惯性力；（往复惯性力和旋转惯性力）（

3）摩擦力

（往复摩擦力和旋转摩擦力）（4）总和活塞力气体力：汽缸内气体受活塞压缩时所产生的作用力。是内力，不会传到机身

(1)气体力

气体力受力图：

在外止点位置满负载停车气体力最大FgθFg=piAp360°180°（2）

惯性力计算由于曲柄连杆机构的运动部件质量已转化到图示的E点和B点，可将惯性力分成往复惯性力和旋转惯性力。旋转运动质量往复运动质量(a)往复惯性力I惯性力分解式：

往复惯性力图：I1I11I讨论：1）一阶、二阶往复惯性力数值都是周期性变化的，变化规律与加速度规律一致，即在内外止点，惯性力最大；2）惯性力大小正比于速度的平方，因此改变转速时，必须注意到惯性力的变化对机器带来的影响，故在设计高速压缩机时，应特备注意惯性力的大小。

往复惯性力图：

（b）旋转惯性力

旋转惯性力：旋转质量×向心加速度当ω一定时，旋转惯性力大小一定。惯性力方向沿曲柄半径向外，即始终为拉力作用。由于旋转质量都集中在曲轴上，

旋转惯性力只发生在曲轴上。旋转惯性力可以用曲轴配重来平衡。Fmrωmr(3)摩擦力

接触面间产生的摩擦力，其值取决于彼此间的正压力和摩擦系数。作用运动件上的摩擦力其方向始终与运动方向相反，大小随变化且规律比较复杂。摩擦力又分为：往复摩擦力和旋转摩擦力。（a）往复摩擦力可看做是有活塞与汽缸壁、活塞杆与填料、十字头与滑道等所有摩擦的总和，通常可视为定值。往复摩擦力所消耗的功率占总摩擦功率Nm的（60%~70%）当θ=0-180°，摩擦力为正值，连杆受拉力。当θ=180°-360°，摩擦力为负值，连杆受压力（b）旋转摩擦力

主要发生在：曲柄销、连杆瓦、主轴瓦、轴承等。旋转摩擦力所消耗的功率占总摩擦功率Nm的30%~40%。（4）综合活塞力综合活塞力=气体力+往复惯性力+往复摩擦力三活塞压缩机主要零部件受力分析1、活塞组件的受力分析（如图a所示）综合活塞力=气体力+往复惯性力+往复摩擦力2、十字头受力分析（如图a所示）有三个力：活塞杆作用力F、连杆力Ft、十字头侧向力Fn连杆力：侧向力：3、连杆受力分析连杆式一根二力杆件，杆身受到连杆力的拉或压作用，并随而改变FtFtFtFt为简化计算，工程上常用最大气体力来进行连杆强度与稳定性的校核4、曲轴受力分析连杆力Ft沿连杆作用在曲柄销E点上，并分为两个分力，一个是法向力，另一个是切向力曲轴除受法向力外，尚有不平衡的回转惯性力，这些力由轴颈处的支座反力予以平衡5、曲轴受力矩分析（1）切向力Ftt对曲轴产生力矩，称为切向力矩此力矩阻止原动机带动曲轴旋转，所以是旋转阻力矩。（2）旋转摩擦阻力矩——平均旋转摩擦力曲轴上总的阻力矩：此外，曲轴上还作用有原动机的驱动力矩，总阻力局是随变化，而是不变的。由于为减小角速度的波动，应设法增大转动惯量J,即设置飞轮。当Me＞FTzr时，供大于求，压缩机加速，由于飞轮惯性大，加速困难，此时飞轮就吸收并储存能量。飞轮的作用当Me＜FTzr时，供不应求，压缩机减速，由于飞轮惯性大，减速困难，此时飞轮就释放能量。飞轮的作用设置飞轮的目的和作用：储存和释放能量，保持主轴转速基本稳定。四机身和基础受力与力矩分析上述这些力在机身上的总作用效果是：

往复惯性力传到基础上，由于它的方向和数值随曲轴转角周期性改变，因而能引起机器的振动；

旋转惯性力作用在主轴承上，它也能引起机器的振动；

气体力和摩擦力对机身而言都是内力，不传给基础。侧覆力矩周期性变化，机器自身无法平衡，造成机器振动、摇摆，立式机更明显。措施：机体、基础加大，提高稳定性3惯性力的平衡从压缩机的受力分析可知，通过机身传到基础上的力和力矩有：

（1）不平衡的旋转惯性力

（2）往复惯性力（3）反转矩这些力和力矩的周期性变化是压缩机产生振动的原因（1）

旋转质量惯性力的平衡如图所示，即采用在曲柄相对方向装上“平衡重”这一特殊零件，使其产生的离心力与曲柄连杆机构的回转质量惯性力大小相等，方向相反，以达到平衡的目的msωamsrω2rIox=msrω2sinaIoy=msrω2cosaFmw=msrω2cosa若在曲柄相反方向的半径为r处加一质量为ms的平衡重，则其产生的离心力为：垂直方向分力水平方向分力y方向惯性力可平衡（2）单列压缩机往复惯性力的平衡但是，却在水平方向产生了分力

其变化规律同一阶往复惯性力相同，只是方向相差90°。单列往复压缩机的往复惯性力无法平衡。但可转变方向。结论设计时，对立式压缩机常用加部分平衡重的方法将一阶往复惯性力的15%~20%转化到水平方位，以减轻轴承的垂直载荷；对卧式压缩机，则将一阶往复惯性力的30%~50%转化到垂直方向，以减轻水平方向的振动。应用（3）多列压缩机往复惯性力的平衡曲柄错角δ=180°两列立式压缩机列间距为a,以第一列为基准列。第一列活塞位于外止点时a1=0°，a2=180°+a1

第一列惯性力第二列惯性力向上向上向下向上哪些互为抵消？哪些互相叠加？将两列惯性力向重心平面转化，合成惯性力及力矩为：当两列往复运动质量相等时：当两列往复和旋转运动质量相等时可见两列往复质量相等时自动平衡无法平衡（4）对动式压缩机往复惯性力的平衡两列气缸对称布置在曲轴两侧，（对称