第二章容积式压缩机2

内蒙古工业大学化工学院过程流体机械王红内蒙古工业大学化工学院内蒙古工业大学化工学院王红第二章容积式压缩机2.1概述2.2级的热力过程2.3多级压缩2.4主要热力性能指标结构参数2.5动力性能分析2.6调节方式及控制2.7主要零部件2.8压缩机的安全可靠性2.9回转式压缩机2.10压缩机的选型内蒙古工业大学化工学院王红§2.1.2级的压缩过程与压缩功级的理论工作循环级的实际工作循环内蒙古工业大学化工学院王红2.2.1级的理论工作循环理论循环的特点理论循环的过程理论循环的压缩功内蒙古工业大学化工学院王红（2）理论循环的过程工作循环：曲柄旋转一周，活塞往复运动一次,气缸内气体相继实现进气、压缩、排气的过程。内蒙古工业大学化工学院王红（1）理论压缩循环的特点假设工作腔内无余隙容积，缸内气体被全部排出；气体通过进、排气阀时无压力损失，且进、排气压力没有波动，保持恒定；工作腔作为一个孤立体与外界无热交换，气体压缩过程指数为定值；气体无泄漏。理论循环压力指示图排气缩压进气行程容积内止点外止点内蒙古工业大学化工学院王红（2）理论循环的过程内蒙古工业大学化工学院王红（3）理论循环的压缩功•行程容积•理论压缩循环功•绝热压缩过程•等温压缩过程•多变压缩过程内蒙古工业大学化工学院王红理论循环压力指示图排气缩压进气行程容积内止点外止点对于压缩来说，一个理论循环中所进的气体量为活塞面积与一个行程的乘积，即行程容积sAVVph1内蒙古工业大学化工学院王红理论压缩循环功进气过程压缩过程排气过程理论压缩循环功气体对活塞作功为负，活塞对气体作功为正11144''111面积VpsFp11122''21面积pdV22234''22面积Vp2122211112341VdpVppdVVpL内蒙古工业大学化工学院王红一、等温过程(dT=0T=C)热力学第一定律的具体形式0dETTdQdWpdV理想气体的等温过程和绝热过程恒温热源TTQTpVp1V2V1p2popdV在温度不变的情况下，状态变化的过程叫做等温过程理想气体在等温过程中气体的内能也保持不变，即理想气体的等温过程在p-V图上的过程曲线，是一条双曲线，该线也称等温线。内蒙古工业大学化工学院王红实际中，将状态变化过程中虽有能量传递，但可忽略不计的过程近似为绝热过程。二、绝热过程(Adiabaticprocessoftheidealgas)①绝热材料（如气体自由膨胀）②快速进行在气体的状态发生变化的过程中，如果它与外界之间没有热量传递的过程。内蒙古工业大学化工学院王红结论:,11221122()1VmaCpVpVWpVpVR三、绝热线和等温线pV恒量～绝热方程pV恒量～等温方程}在p-V图上作这两过程的过程曲线.内蒙古工业大学化工学院王红1.绝热压缩理论循环功2.等温压缩理论循环功3.多变压缩理论循环功JppVpkkLkkad1111211JppVpmmLmmpol1111211JppVpLis1211ln理论压缩循环功内蒙古工业大学化工学院王红2.2.2级的实际工作循环2.2.2.1实际循环的特点2.2.2.2实际循环的吸气量2.2.2.3各系数的物理意义2.2.2.4实际压缩循环功、功率及效率内蒙古工业大学化工学院王红（2）实际循环的过程内蒙古工业大学化工学院王红2.2.2.1实际循环的特点1.任何工作腔都存在余隙容积；2.进、排气过程中存在阀片阻力，且压力有波动；3.压缩与膨胀过程存在不稳定的热交换；4.气缸存在气体泄漏。余隙容积内蒙古工业大学化工学院王红2.2.2.2实际循环的吸气量(1)压力－等功原则(2)压缩和膨胀过程线等端点法等功法pspd1‘2‘3‘4‘2.级的进气量等端点膨胀过程方程气缸的实际进气容积令v－容积系数hVV0－相对余隙容积sdpp－级的实际压力比①msmdVVpVp00110msdppVVVVVhs'vhsVV'1110msdhhhvppVVVVV111mv内蒙古工业大学化工学院王红换算关系实际进气容积进气系数2.级的排气量定义：压缩机排出的气体容积流量换算成压缩机进气状态下的气体容积流量。泄漏系数SdlVV排气系数pspp1②压力系数TTT'11③温度系数排气量气缸行程容积hsvsssVTTppTTppVV'111'111'次/3mVVVhshTpvsmin/3mnVVnVhshTpvsTpvs次/3mVVVVhhlTpvsldmin/3mnVVhdlTpv3mnVVlTpvdh内蒙古工业大学化工学院王红2.2.2.3各系数的物理意义1.容积系数λv(1).相对余隙容积α(2).压力比ε例：某压缩机的等端点多变膨胀指数m=1.4，实际压力比等于4.2，相对余隙容积分别取7％、14％、20％，试分析其容积系数的变化。(3).膨胀指数m极限压力比875.012.407.014.111v750.012.414.014.112v642.012.420.014.113v0111mvma11max内蒙古工业大学化工学院王红单级压缩机2.压力系数λP3.温度系数λT4.泄漏系数λl进气阀弹簧力、气阀通道阻力进气管压力周期性波动由于压力降低使进气量减小的程度进入气缸的气体由于吸热体积膨胀而使进气量减少的程度压力比气体性质气缸冷却程度外泄漏：气体直接漏入大气或进气管中，气体有损失，排气量减少。内泄漏：由压力较高的气腔向压力较低的气腔泄漏，嗣后仍排入排气管，并不减少排气量。填料函的泄漏气阀的泄漏活塞环的泄漏全循环泄漏半循环泄漏双作用气缸外泄漏多级压缩机外泄漏VdVhnλvλpλTλl除第Ⅰ级外都为内泄漏除第Ⅰ级外都为内泄漏内蒙古工业大学化工学院王红2.2.2.4压缩机实际压缩循环功、功率及效率–说明：»余隙气体不耗功。»实际压缩循环比理论压缩循环耗功多，多在中间冷却器、气阀阻力损失、流动损失。»实际气体指示功用系数修正内蒙古工业大学化工学院王红2.2.2.4压缩机实际压缩循环功、功率及效率一.实际压缩循环指示功1.实测法2.解析法－等功当量指示图V’为余隙气体在气缸进气状态下的容积，m311111'1'kksdskksdssippVpkkppVVpkkLJppVpkkkksdss1113mVVhvsssddpppp111221ppppddss111111121kksdhvsippVpkkLp1、p2为名义压力为进、排气阀的相对压力损失内蒙古工业大学化工学院王红二.压缩机功率1.指示功率2.轴功率压缩机活塞作用于气体的功率驱动机传给压缩机主轴的功率ηm为压缩机的机械效率3.驱动机输出功率ηc为传动效率三.压缩机效率和比功率1.压缩机的指示效率：压缩机理论循环功(或功率）与实际压缩循环指示功(或指示功率）之比。(1)等温指示效率iisisiNNNis－等温压缩循环理论功率，kw；Ni－指示功率，kw；(2)等熵指示效率iadadiNNNad－等熵压缩循环理论功率，kw；2.压缩机的等温(轴)及等熵(轴)效率WnppVpkknLNkksdhvsii6011111601121WNNmizWNNczcWNNNcmicc15.1~05.115.1~05.1'内蒙古工业大学化工学院王红zisisNN等温效率等熵效率zadadNN气缸冷却良好的压缩机大多数压缩机3.压缩机的比功(1)定义:排气压力相同的机器单位排气量所消耗的轴功这个指标反映了同类型压缩机在相同的进、排气条件下，其能量消耗指标的先进性。是动力用空气压缩机的重要指标。min3mkWVNdz比功内蒙古工业大学化工学院王红2.2.2.5实际气体的压缩机热力学计算特点1.实际气体的排气温度2.实际气体的气缸容积系数3.实际气体压缩循环指示功TTmmsdppTT11211121TksdvppZZ1211121211111ZZZppVpkkLTTkksdhvsTTi内蒙古工业大学化工学院王红2.3多级压缩2.3.1多级压缩的定义2.3.2多级压缩的优点2.3.3级数的选择2.3.4压力比的分配2.3.5各级容积的确定内蒙古工业大学化工学院王红2.3.1多级压缩的定义内蒙古工业大学化工学院王红2.3.2多级压缩的优点节省压缩气体的指示功降低排气温度提高容积系数降低活塞力内蒙古工业大学化工学院王红理论上讲，级数越多，压缩机所消耗的功越接近等温循环所消耗的功节省压缩气体的指示功mmppTT11212内蒙古工业大学化工学院王红例：将空气从1×105Pa压缩到9×105Pa，气缸截面积为F单级：Pmax=(9-1)F=8F两级：F1≈F，F2≈1/3F1FFFP314311913'max内蒙古工业大学化工学院王红级数选择的原则选择级数的一般原则：节省功率，机器结构简单、质量轻成本低及操作维修方便，有时主要是满足工艺流程上的特殊要求，例如排气温度不要超过允许值或某级间压力符合中间抽气压力的要求。化工上常用的大、中型压缩机：最省工原则间歇使用的小型压缩机：机器结构简单紧凑，质量轻、成本低。易燃、易爆等特殊气体及无油润滑的压缩机：主要受排气温度的限制终压与宜采用的级数的关系表2.3.2级数选择内蒙古工业大学化工学院王红2.3.4压力比的分配压力比分配通常按最省功的原则进行.最佳压力比的求取内蒙古工业大学化工学院王红例：以两级压缩为例求最佳压力比分配设第I级进气压力为P1，第Ⅱ级排气压力为P2，中间压力为Px。如果不考虑压力损失及余隙的影响，并假设两级的多变压缩指数相等以及回冷完善。此两级压缩机的总功耗应为两级指示功率之和：V1、Vx为Ⅰ级及Ⅱ级的进气量因回冷完善，故P1V1＝PxVx0xPL将上式对Px求导，并使111111mmxppVpmmLLLⅡⅠ1112mmxxxppVpmm21121111mmxmmxppppVpmmL内蒙古工业大学化工学院王红212PPPx即或实际压力比的分配zⅡⅠ1221ppppppxxzzzzpppppppp121ⅡⅢⅠⅡ内蒙古工业大学化工学院王红2.3.4压力比的分配内蒙古工业大学化工学院王红2.3.5各级容积的确定