活塞式压缩机气缸换热的研究开题报告

1、吉林化工学院开 题 报 告活塞式压缩机气缸换热的研究A Study on Heat Transfer of Cylinder of Piston Compressor 性 质: 毕业设计 毕业论文教 学 院： 机电工程学院系 别：过程装备与动力工程系学生学号：06420323学生姓名：朱 辉专业班级：过控0703指导教师：邢万坤职 称：教授起止日期：2010.3.12010.3.28吉 林 化 工 学 院Jilin Institute of Chemical Technology1.课题来源及选题的目的和意义1.1课题的来源：教师科研1.2 活塞式压缩机概述以及选题的目的和意义活塞式压缩机是应

2、用非常广泛的流体机械，它主要以空气为压缩介质，利用活塞在气缸内的往复运动来改变工作腔的容积从而实现气体的压缩以提高气体的压力并输送具有一定压力的气体。气缸中具有一个可往复运动的活塞，气缸上有进、排气阀们。当活塞做往复运动时，气缸容积便周期的变化，它与吸气阀、排气阀的启闭相配合，实现包括膨胀、吸气、压缩和排气四个过程的工作循环。活塞式压缩机具有：压力范围最广、热效率高、适应性强、自润滑性等特点，使其广泛应用于采矿、冶金、石油、化工、机械、建筑等部门，作为能源动力的来源和物料输送的中介，也是石油化工生产中的关键设备。且与水、蒸汽和天然气等其他工业流体介质相比，由于压缩空气来自于大气，泄漏也不会带来

3、污染和安全问题，压缩空气的跑冒滴漏和压缩空气系统的节能在很多企业重视程度一直相对较低。近些年，一些企业迫于节能压力，开始重新认识压缩机的能耗，压缩机也开始成为被关注的节能对象。据调查在我国压缩机的耗电量约占全国发电量的10%，一般的工矿企业中压缩空气系统的耗电量约占企业总耗电量的20%-30%。据估计，在空气压缩机的寿命周期成本中，能耗成本占了约70%，而当前GDP约为我国1.2倍的日本的工业压缩机耗电量仅为400亿度，所以近些年，一些企业迫于节能压力，开始重新认识压缩机的能耗，压缩机也开始成为被关注的节能对象。例如，一台2500kW的压缩机的年运行用电约为216万度，折合电费150万元，五年

4、运行电费可达750万元，而其购置成本通常不超过50万元。如果能够把压缩机的效率提高1%，那么一年所节省的电量将是可观的，所创造的经济效益也将是明显的。而由于空气压缩机是式结构复杂的通用设备，运转时间长，配备电机功率较大，因而降低空压机的功耗，提高空压机的经济运行，对对节能具有一定的意义。尽管我们加强日常运行管理：减小泄露、合理润滑、定期维护，但蕴藏地节能潜力远未被挖掘出来。我们知道冷却系统是往复活塞式压缩机的重要组成部分之一，分为风冷和水冷，它的优劣直接影响着压缩机的性能和正常操作。所以改善压缩机冷却系统的性能，能提高活塞式压缩机的效率，以便很好的缓解节能方面的压力，提高企业产品在市场中的竞争

5、力。本文以学校实验室的11ZA-1.5/8小型空压机及W-1.6/7 小型空压缩机作为研究对象来研究探讨活塞式压缩机的水冷却系统，通过实验对比分析，探索降低能量损失及最佳换热条件。最终把这一实验结论应用于工业中活塞式压缩机，提高其效率，创造巨大的经济效益，响应国家节能减排的号召。2关于本课题对活塞式压缩机节能方面的探究2.1 压缩过程理论分析活塞式 空 压机 通过 消耗 一定 量 的机 械功将 常压空气压缩成为高压空气。每一理论循环均 由吸气 、压 缩 和排气 三个 过 程组 成 。理论 循 环过 程见示 意 图。 由图 分析 ，表 示 吸气 过 程 ，表 示 压 缩过程 ，表示 排 气 过程

6、 。理论 循 环 所 消 耗 的功 等于进 气过 程 功 、压 缩过 程 功和 排气 过程 功三 者之 和 。线段 、所 围 成 的 面积 、即表示理论循环所消耗的功。 循 环指 示 功 是 压 缩机 性 能 好 坏 的重 要 指 标 ，其大小在很大程度上取决于压缩过程 的特征性质。在压缩机的理论循环中，典型的压缩过程有等温压缩 、绝热压缩和多变压缩三种。其中等温压缩和绝热压缩纯 系理想 情况，多变 压 缩 介 于 等 温 和绝 热 压 缩 之间 ，过程中所有状态参数都有明显变化 ，变化过程相当复杂 。不 同压缩 过程 指示功 见示 意 图 。 等温压缩理论循环指示功Wdb由面积 db表示 ，

7、绝 热压 缩 理论 循 环 指示 功Wjb由面积表 示 ，多 变 压 缩 理 论 循 环 指 示 功Wbb 由面积 表 示 。从 图中可 以明显看 出 ，循环 指示 功 与压缩 过程 特 征之 间 的关 系 ： WdbWbb jb。换言之 ，把相 同体积 的气体 ，从 压到 ，等温压缩 所需 外 功 最省 。因 此 ，设 法 实现 压缩全过程等温化则是最好 的节能方法 ，但实际中我们只能使每级压缩前的温度在等温压缩线 的温度值 上，同时应设法降低气缸的温度 。从 等温压缩的希望来讲 ，气 缸 的温度 降得 越低 越好 。把一定量的气体从相同的初态压缩到相同的终压。绝热压缩所耗的功最多，定温压缩

8、所耗的功最少，多变压缩介于两者之间，并随多变压缩指数n的减小而减少。同时，绝热压缩后气体的温度升高较多，因气体温度过高将影响气缸壁上润滑油的功能，严重时甚至会引起爆炸事故。所以，改进压缩机工作的主要方向就在于减低压缩过程的指数数值，使其趋近于定温过程。即气体压缩以定温压缩最为有利，一方面可以减少消耗的功，同时还能降低压缩后气体的温度，使运行安全。因此，应设法使压缩机内的气体冷却，降低压缩指数。为了进一步改进压缩过程，以节省压缩耗功和限制压缩终温，同时为避免因增压比太高而影响容积效率，除采用水套冷却外，还常采用多级压缩和级间冷却的方法。2.2 影响压缩机性能的因素压缩机的性能参数如排气最、排气压

9、力、功率等是指在设计工况 下的数据 ，而压缩 机在 实际使用过程中,由于其进气压 力、进气温度与设计工 况存 在偏差 ，其性能参 数也会随之变化 。因此空压机的性能参数 除 了与产品参数有关外，还直接受进气压力、环境温度等因素影响。2.3 活塞式压缩机中冷却系统的作用冷却系统是往复活塞式压缩机的重要组成部分之一, 它的优劣直接影响着压缩机的性能和正常操作, 因此对冷却系统的设计应予以足够重视。压缩机中的冷却系统包括: 气缸组件冷却、级间冷却、压缩气体排出压缩机的后冷却, 以及润滑油的冷却等。据估计冷却水的温度每增减5度会影响空压机的功率大约1.5%，因此冷却水的温度调节应在一定的温度范围内，以

10、使压缩机的性能保持在一个较高的效率范围内。冷却系统良好，气缸内壁温度低，传给气体的热量少，可提高压缩机的容积系数和温度系数，进而提高排气量。冷却效果差，压缩机的排气温度高，气缸内壁温度高，使润滑油的性能下降，会加速气缸的磨损；排气温度过高，还会使润滑油氧化而在设备、管道内“积碳”，导致发生爆炸事故，故压缩机的排气温度是有限制的。气缸温度不均匀时，会产生过大热应力，降低气缸的强度。对多级压缩，级间冷却越完善，就越省功。后冷却可使气体温度降低，便于气体中所含水分与油雾的分离；另外，由于冷却后气体的比容积下降，可减少气体的流动阻力损失或减小气体管道直径。对于无油润滑压缩机而言，由于不能用油带走部分摩

11、擦热，加之活塞环、导向环采用非金属材料，冷却系统的作用就显得更为重要。2.4 对冷却系统的要求冷却系统首先必须满足热力设计中对排气温度、级间冷却与后冷却的温度要求。其次要有较高的总传热系数，以使冷却器结构紧凑、重量轻。再次要求其流动损失小，以减少压缩机的功耗和冷却器的热负荷。最后，冷却系统应简单、运行可靠、成本低，便于安装、调节、清理与维修。2.5 冷却介质的选择往复活塞式压缩机中常 用的冷却介质为空气和水，对于小型、移动式或撬装式压缩机, 一般选用空气为冷却介质。 在野外作业, 特别在缺水地区, 也宜选用空气冷却。风冷具有空气免费易得、无需泵和水处理等辅助设备、维护费用低等优点。 但由于风冷

12、效果比水差, 压缩机的轴功率会相应增大。对于中、大型压缩机, 由于排气量大, 压力高, 所需传递的热负荷也大, 应选用比热容较大的液体作为冷却介质, 而水的价格低、容易获得, 因而最为常用。2.5 活塞式压缩机的冷却方式风冷式冷却系统一般由风扇、中间冷却器(又称中冷器)及压缩机上的散热装置等组成。水冷式冷却系统：串联式冷却系统；并联式冷却系统 ；混联式冷却系统。 2.6 结束语冷却系统是往复活塞式压缩机运行可靠性和经济性的重要保证之一, 在设计时必须认真对待, 可通过结构设计、冷却器的类型选择与设计, 以及系统的组织与优化等方面着手。 随着新技术、新产品的不断涌现, 压缩机应用的日趋广泛, 压

13、缩机冷却系统的研究越来越深入, 促使冷却系统不断改进, 以保证压缩机更加长期、高效、经济地运行。3本课题有待解决的主要关键技术问题技术难点：（1）确定活塞式压缩机气缸换热研究实验方案。 （2）由活塞式压缩机气缸换热研究实验的数据，探究在压缩机一定转速，冷却水流量与比功率的关系。 （3）根据活塞式压缩机气缸换热研究实验，确定实际运行工况下相应的最优化的换热参数（冷却水的流量）。技术关键：（1）及时准确的记录实验中，所需要采集的数据。 （2）根据实验数据，找到在压缩机一定转速，冷却水流量与比功率正确的规律。4课题研究的内容和实施方案（主要包括研究内容、拟采用的研究方法、技术路线、预期成果、所采取方

14、案的可行性分析等）通过理论分析，结合流程确定研究方案：（1） 在实验室允许冷却水流量范围内，当压缩机一定转速工作时，确定实验步骤和内容。（2） 把实验所测的数据，经过相关计算得到最终数据，把最终数据进行分析，找出相应的规律。（3） 建立优化程序来确定在压缩机一定转速下，最优的冷却水流量。（4） 绘制压缩机转速与最优冷却水流量的曲线，来指导实际生产。主要创新点：（1） 通过气缸外水冷却方式，改变冷却水的流量，来寻求活塞式压缩机最低的比功率，随之确定一定转速下最优的冷却水流量；（2） 用简单易行的方式（改变冷却水流量），实现工业压缩机的节能；设计最终成果：（1）、开题报告一份（2）、外文翻译一份（

15、3）、课题论文一份5完成本课题的工作计划及进度安排(包括文献查阅、外文翻译、开题报告、方案设计与实现、计算与实验、论文撰写等)设计总共16周。具体安排如下：2010.03.012010.03.10：毕业调研、查阅文献；2010.03.112010.03.28：外文翻译、撰写开题报告；2010.03.292010.04.04：研究课题的理论分析，最后确定实验方案；2010.04.052010.04.25：做压缩机实验；2010.04.262010.05.10：实验数据分析；2010.05.112010.05.25：实际运行工况参数优化及有关部件参数优化、改进方案确定；2010.05.262010

16、.05.31：应用推广；2010.06.012010.06.18：论文撰写、修改、装订与提交，准备答辩。6参考文献（开题报告中参考文献数量一般应在812篇左右，建议其中，外文不少于3篇，学术期刊类文献不少于5篇）1 林梅等.压缩机环状阀原理M.化学工业出版社，19822 邢万坤等.工艺用压缩机网状阀使用寿命探讨J.压缩机技术，2001。123 林梅.压缩机自动阀M.西安.西安交通大学出版社。19914 邢万坤.大型压缩机气阀寿命的研究J.化工科技，2001，125 郁永章.容积式压缩机技术手册M.北京.机械工业出版社，20006 郁永章.活塞式压缩机M.北京.机械工业出版社，19827 杨绍侃

17、等译.提高活塞式压缩机的可靠性与经济性M.北京.机械工业出版社,19858 谈庆才.活塞式压缩机测试技术M.北京.机械工业出版社,19809 王迪生译.压缩机气阀设计原理与力学原理M.西安.西安交通大学出版社，198610 邢万坤.压缩机性能的微机测试M.压缩机技术,1994。211 活塞武压缩机设计蝙写组活塞武压缩机设计M北京；机械T-业出版社，197412 马全香, 王琦, 胡忆洛, 等. WW 22. 5 102Q 型全无油润滑压缩机的研制J . 流体机械, 1995, 23 (8): 3- 8.13 Koury R N N, Machado L, Ismail K A R. Numer

18、ical simulation of a variable speed refrigeration system .Int J Refrigeration, 2001, 24(2) :192-200 . 14 Park Y C, Kim Y C, Min M K. Performance analysis on a multi-type inverter air conditioner .Energy Conversion and Management, 2001, 42 :1607-1621 . 15 Dabiri A E, Rice C K. A Compressor simulation method with corrections for the leve