泵与压缩机-往复式压缩机.ppt
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1、泵与压缩机泵与压缩机 主讲主讲:冯冯 进进长江大学机械工程学院长江大学机械工程学院 3 3 往复活塞式压缩机往复活塞式压缩机 主要教学内容:主要教学内容:3.13.1往复活塞式压缩机的基本结构和工作原理往复活塞式压缩机的基本结构和工作原理3.23.2往复活塞式压缩机的工作循环往复活塞式压缩机的工作循环3.33.3排气量排气量3.43.4功率和效率功率和效率3.53.5排气温度及排气压力排气温度及排气压力3.63.6多级压缩多级压缩3.73.7实际气体的压缩实际气体的压缩3.83.8压缩机变工况工作及排气量调节压缩机变工况工作及排气量调节3.93.9往复活塞式压缩机的类型及其选择往复活塞式压缩机
2、的类型及其选择3.1 3.1 往复活塞式压缩机的基本结构往复活塞式压缩机的基本结构和工作原理和工作原理 主要教学内容:主要教学内容:1.1.总体结构总体结构 2.2.工作过程和工作原理工作过程和工作原理 3.3.特点及应用特点及应用 4.4.分类及型式分类及型式 5.5.命名规则命名规则 教学目的:教学目的:1.1.了解往复活塞式压缩机的总体结构了解往复活塞式压缩机的总体结构 2.2.掌握工作原理掌握工作原理 3.3.了解往复活塞式压缩机的特点了解往复活塞式压缩机的特点 4.4.了解分类及型式了解分类及型式 5.5.熟悉熟悉命名规则命名规则3.1.1 3.1.1 总体结构总体结构 活塞式压缩机
3、主要活塞式压缩机主要由四大部分组成,即运由四大部分组成,即运动机构、工作机构、辅动机构、工作机构、辅助系统和机身。助系统和机身。1.1.运动机构运动机构 主要由曲轴、连杆、十字头等组成。运动主要由曲轴、连杆、十字头等组成。运动机构是一种曲柄滑块机构,其作用是把曲轴的机构是一种曲柄滑块机构,其作用是把曲轴的旋转运动变为十字头的往复运动。旋转运动变为十字头的往复运动。1).曲轴曲轴 曲曲轴轴是是往往复复活活塞塞式式压压缩缩机机的的重重要要运运动动部部件件,外外界界输输入入的的转转矩矩要要通通过过曲曲轴轴传传给给连连杆杆、十十字字头头,从从而而推推动动活活塞塞作作往往复复运运动动。它它承承受受从从连
4、连杆杆传传来来的周期变化的气体力与惯性力等。的周期变化的气体力与惯性力等。2).连杆连杆 连杆的一端连接曲轴,另一端连接十字头,将连杆的一端连接曲轴,另一端连接十字头,将曲轴上的动力传递给十字头、活塞杆和活塞。连杆曲轴上的动力传递给十字头、活塞杆和活塞。连杆包括大头、小头、杆体三部份。包括大头、小头、杆体三部份。3).十字头十字头 十字头是连接活塞杆与连杆的零件,它具有导十字头是连接活塞杆与连杆的零件,它具有导向作用。十字头与连杆的连接由十字头销来完成。向作用。十字头与连杆的连接由十字头销来完成。十字头与活塞杆的连接型式分为螺纹连接、联接器十字头与活塞杆的连接型式分为螺纹连接、联接器连接、法兰
5、连接等。连接、法兰连接等。2.2.工作机构工作机构 主要由气缸、活塞、气阀等组成。工作机构的主要由气缸、活塞、气阀等组成。工作机构的作用是实现压缩机将机械能转变为气体压能。作用是实现压缩机将机械能转变为气体压能。1).气缸气缸 气缸是活塞式压缩机工作部件中的主要部分。气缸是活塞式压缩机工作部件中的主要部分。根据压缩机不同的压力、排气量、气体性质等需要,根据压缩机不同的压力、排气量、气体性质等需要,应选用不同的材料与结构型式。应选用不同的材料与结构型式。2).气阀气阀 气阀是往复活塞式压缩机中的重要部件,也是气阀是往复活塞式压缩机中的重要部件,也是易损坏的部件之一。它的好坏直接影响压缩机的排易损
6、坏的部件之一。它的好坏直接影响压缩机的排气量、功率消耗及运转的可靠性。气量、功率消耗及运转的可靠性。活塞式压缩机一般都采用活塞式压缩机一般都采用“自动阀自动阀”,也就是,也就是气阀的开启与关闭是依靠阀片两边的压力差实现的,气阀的开启与关闭是依靠阀片两边的压力差实现的,没有其它的驱动机构。没有其它的驱动机构。3).活塞活塞 活塞与气缸构成压缩工作容积,是压缩机中重活塞与气缸构成压缩工作容积,是压缩机中重要的工作部件。可分为筒形活塞和盘形活塞两大类。要的工作部件。可分为筒形活塞和盘形活塞两大类。筒形活塞常为单作用活塞,用于小型无十字头筒形活塞常为单作用活塞,用于小型无十字头的压缩机,通过活塞销与连
7、杆直接相连。的压缩机,通过活塞销与连杆直接相连。盘形活塞用于中、低压双作用气缸,盘形活塞盘形活塞用于中、低压双作用气缸,盘形活塞通过活塞杆与十字头相连,它不承受侧向力。通过活塞杆与十字头相连,它不承受侧向力。3.3.辅助系统辅助系统 包括润滑系统、冷却系统及调节系统。包括润滑系统、冷却系统及调节系统。4.4.机身机身 用用来来支支承承和和安安装装整整个个运运动动机机构构和和工工作作机机构构,又又兼作润滑油箱用。兼作润滑油箱用。3.1.2 3.1.2 工作过程和工作原理工作过程和工作原理1.1.工作过程工作过程 以单缸单作用压缩机为例,说明其工作过程。以单缸单作用压缩机为例,说明其工作过程。活活
8、塞塞处处于于最最左左端端位位置置时时,进进气气阀阀和和排排气气阀阀处处于于关关闭闭状状态态。当当活活塞塞从从最最左左端端向向右右运运动动时时,活活塞塞右右则则的的工工作作容容积积变变大大,气气体体膨膨胀胀,压压强强逐逐步步减减小小。在在进进气气阀阀和和排排气气阀阀仍仍处处于于关关闭闭状状态态时时,气气体体膨膨胀胀,压压强强减小,此过程称为膨胀过程。减小,此过程称为膨胀过程。当当活活塞塞继继续续右右移移,工工作作容容积积继继续续增增大大,气气体体压压强强继继续续下下降降直直到到略略低低于于吸吸气气管管内内气气体体压压力力时时,进进气气阀阀被被顶顶开开,进进气气管管里里的的气气体体便便通通过过进进
9、气气阀阀不不断断地地被被吸吸入入进进入入工工作作容容积积,直直到到活活塞塞到到达达最最右右端端为为止止,该该过过程程称称为为吸吸入入过过程程。在在吸吸入入过过程程中中排排气气阀阀仍仍处处于于关关闭。闭。当当活活塞塞从从最最右右端端向向左左运运动动时时,工工作作容容积积变变小小,气气体体压压强强逐逐步步增增大大,使使进进气气阀阀关关闭闭。在在工工作作容容积积中中的的气气体体压压强强不不足足以以顶顶开开排排气气阀阀之之前前,进进、排排阀阀均均处处于于关关闭闭状状态态,缸缸内内气气体体被被压压缩缩而而压力升高,该过程称为压缩过程。压力升高,该过程称为压缩过程。活活塞塞继继续续左左移移,工工作作容容积
10、积中中的的气气体体压压强强继继续续增增大大。当当气气体体压压力力能能顶顶开开排排气气阀阀时时,工工作作容容积积中中的的气气体体通通过过排排气气阀阀流流出出工工作作容容积积,进进入入排排气气管管,直直到到活活塞塞到到达达最最左左端端为为止止,该该过过程程称称为为排气过程。排气过程。由由上上可可见见,曲曲轴轴旋旋转转一一周周,活活塞塞左左右右往往复复一一次次,压压缩缩机机经经历历了了膨膨胀胀、吸吸入入、压压缩缩、排排气气过过程程,实实现现一一次次气气体体的的吸吸入入和和排排出出,整整个个过过程程称称为为一一个个工工作作循循环环。曲曲轴轴不不断断旋旋转转,不不断断重重复复上上述述工工作作循循环环,实
11、现气体的不断吸入和排出。实现气体的不断吸入和排出。气气阀阀的的启启闭闭是是依依靠靠缸缸内内外外压压力力差差来来实实现现的的,一一般般吸吸气气或或排排气气管管道道内内的的压压力力是是维维持持恒恒定定的的。因因此此,只只有有依依靠靠活活塞塞的的往往复复运运动动,改改变变了了缸缸内内容容积积,从从而而使使缸缸内内气气体体压压强强发发生生变变化化,使使气气阀阀两两侧侧形形成成一一定定压压差差,该该压压差差使使气气阀阀关关闭闭或或打开。打开。2.2.工作原理工作原理 由由工工作作过过程程可可见见,往往复复活活塞塞式式压压缩缩机机的的工工作作原原理理是是:由由于于活活塞塞在在气气缸缸内内的的来来回回运运动
12、动与与气气阀阀相相应应的的开开闭闭动动作作相相配配合合,使使缸缸内内气气体体依依次次实实现现膨膨胀胀、吸吸气气、压压缩缩、排排气气四四个个过过程程,不不断断循循环环,将将低低压压气气体体升升压压而源源输出。而源源输出。3.1.3 3.1.3 特点及应用特点及应用1 1特点特点 1).1).工作的稳定性好;工作的稳定性好;2).2).适应性强;适应性强;3).3).效率较高;效率较高;4).4).结构复杂,易损件较多;结构复杂,易损件较多;5).5).吸吸入入和和排排出出是是间间隙隙的的,活活塞塞运运动动速速度度是是变变化化的的,流流量量波波动动较较大大,易易引引起起压压缩缩机机和和管管道道振振
13、动动工工作作的稳定性好的稳定性好 2 2应用应用3.1.4 3.1.4 分类及型式分类及型式 这里主要介绍这里主要介绍按结构型式分按结构型式分类:类:3.1.5 3.1.5 命名规则命名规则1.命名规则命名规则 第一个方框:表示结构代号,用拼音字母表示。第一个方框:表示结构代号,用拼音字母表示。第二个方框:表示机器特征代号,用拼音字母表示,第二个方框:表示机器特征代号,用拼音字母表示,W表示无油润滑,表示无油润滑,WJ表示无基础,表示无基础,D表示低噪声罩表示低噪声罩式,式,B表示直联便携式,表示直联便携式,F表示风冷,表示风冷,Y表示移动式;表示移动式;第三个方框:表示额定排气量(第三个方框
14、:表示额定排气量(m3/min););第四个方框:表示额定排气压力(第四个方框:表示额定排气压力(105Pa););第五个方框:表示差异,用字母或数字表示。第五个方框:表示差异,用字母或数字表示。2.命名举例命名举例 1).压缩机型号:压缩机型号:VD-0.25/7 V型型 低噪声罩式低噪声罩式 额定排气量额定排气量0.25m3/min 额定排气压力额定排气压力7 105Pa2).压缩机型号:压缩机型号:VY-6/7 V型型 移动式移动式 额定排气量额定排气量6m3/min 额定排气压力额定排气压力7 105Pa3).压缩机型号:压缩机型号:P-3/285-320 卧式卧式 额定排气量额定排气
15、量3m3/min 额定进气压力额定进气压力285 105Pa 额定排气压力额定排气压力320 105Pa3.23.2 往复活塞式压缩机的工作循环往复活塞式压缩机的工作循环 分析活塞式压缩机的工作过程,其目的在于研分析活塞式压缩机的工作过程,其目的在于研究其主要工作参数,如排气量、功率、压力、温度究其主要工作参数,如排气量、功率、压力、温度之间的关系,从而解决排气量、功率和温度的计算。之间的关系,从而解决排气量、功率和温度的计算。进行压缩机热力计算的任务是根据要求的排气进行压缩机热力计算的任务是根据要求的排气量和工作压力来确定所需的功率、气缸直径、行程量和工作压力来确定所需的功率、气缸直径、行程
16、和转数等,或是对已有压缩机进行改造,确定其所和转数等,或是对已有压缩机进行改造,确定其所能达到的排气量和消耗的功率。能达到的排气量和消耗的功率。一、理论工作循环一、理论工作循环 压缩机在每转中,气缸内都有膨胀、吸气、压压缩机在每转中,气缸内都有膨胀、吸气、压缩、排气四个过程组成一个工作循环,其过程服从缩、排气四个过程组成一个工作循环,其过程服从热力学规律。但为方便研究起见,使压缩机的工作热力学规律。但为方便研究起见,使压缩机的工作过程理想化,假设如下:过程理想化,假设如下:(1)(1)在进、排气过程中没有阻力损失,且气体状态在进、排气过程中没有阻力损失,且气体状态保持不变。在压缩过程中,多变指
17、数保持不变;保持不变。在压缩过程中,多变指数保持不变;(2)(2)压缩机没有余隙容积,因而被压缩的气体能够压缩机没有余隙容积,因而被压缩的气体能够完全排净;完全排净;(3)(3)没有漏气现象;没有漏气现象;(4)(4)被压缩气体是理想气体。被压缩气体是理想气体。在上述假设的前提下,压缩机的工作过程可以在上述假设的前提下,压缩机的工作过程可以简化为如图所示的三个热力过程。简化为如图所示的三个热力过程。吸气过程。活塞从最左端移到最右端,吸气阀打吸气过程。活塞从最左端移到最右端,吸气阀打开,排气阀关闭,气体在开,排气阀关闭,气体在p1压力下进入气缸,为等压力下进入气缸,为等压过程压过程da。这时,气
18、体以压力。这时,气体以压力p1推着活塞移动,推着活塞移动,气体对活塞作功为气体对活塞作功为p1V。压压缩缩过过程程。活活塞塞从从最最右右端端开开始始向向左左移移动动,吸吸、排排气气阀阀均均关关闭闭,气气缸缸内内气气体体压压力力逐逐步步升升高高,一般是多变过程一般是多变过程 。排排气气过过程程。活活塞塞继继续续向向左左移移动动,排排气气阀阀打打开开,气气体体在在p p2 2压压力力下下从从缸缸内内排排出出,该该过过程程是是等等压压过过程程,即即 。活活塞塞到到达达最最左左端端,缸缸内内气气体被排尽,到此完成了一个理论工作循环。体被排尽,到此完成了一个理论工作循环。吸吸、排排气气过过程程是是气气体
19、体的的流流动动过过程程,缸缸内内的的气气量量是是改改变变的的。压压缩缩过过程程是是一一定定量量气气体体的的热热力力过过程程,压压缩缩线线的的曲曲率率取取决决于于过过程程指指数数m m。当当压压缩缩过过程程冷冷却却完完全全,即即进进行行等等温温压压缩缩时时,m=1m=1;当当压压缩缩过过程程与与外外界界无无热热交交换换时时,为为绝绝热热压压缩缩,m=km=k;当当压压缩缩过过程程中中与与外外界界有有部部分分热热交交换换时时,为为多多变变过过程程。若若气气体体放放热热,m mk k;若若气气体体吸吸热热,m mk k。活活塞塞式式压压缩缩机机中中m m一一般般介介于于1 1与与k k之之间。间。1
20、 1级的进气量级的进气量 对单作用压缩机,同级一转的进气量为:对单作用压缩机,同级一转的进气量为:i i为同级缸数,为同级缸数,D D为活塞直径,为活塞直径,S S为冲程长度。为冲程长度。对双对双作用压缩机,同级一转的进气量为:作用压缩机,同级一转的进气量为:(d(d活塞杆直径活塞杆直径)2 2压缩过程中容积、温度与压力的关系压缩过程中容积、温度与压力的关系 由由热热力力学学的的过过程程方方程程知知,理理想想气气体体自自状状态态1(p1(p1 1,V V1 1,T T1 1)压压缩缩到到状状态态2 2(p p2 2,V V2 2,T T2 2),两两状状态态间间的的关系有:关系有:3 3理论功
21、率理论功率 压压缩缩机机每每一一循循环环所所需需的的理理论论指指示示功功是是吸吸气气、压压缩缩、排排气气三三部部分分指指示示功功之之和和。在在压压缩缩机机中中,设设活活塞塞对对气气体体作作功功为为正正,气气体体对对活活塞塞作作功功为为负负,则则循循环环的的理论指示功为:理论指示功为:(1)等温压缩过程等温压缩过程(2)绝热压缩过程绝热压缩过程(3)多变压缩过程多变压缩过程 实实际际压压缩缩机机中中多多变变指指数数是是很很难难确确定定的的,它它与与气气缸缸传传热热效效率率有有关关。热热量量不不易易导导出出者者,m m值值高高,接接近近于于绝绝热热指指数数k k,反反之之m m值值低低。如如水水冷
22、冷气气缸缸比比风风冷冷气气缸缸导导热热好好,低低转转速速比比高高转转速速容容易易导导出出热热量量,小小尺尺寸寸气气缸缸比比大大尺尺寸寸气气缸缸相相对对散散热热面面积积大大而而易易导导出出热热量量。各各种种情况都要具体分析后根据经验合理确定。情况都要具体分析后根据经验合理确定。理想气体状态方程式:理想气体状态方程式:将上列各式中将上列各式中p pl lV Vl l用用mRTmRT1 1代入,则可以看出代入,则可以看出W W与与T T1 1成成正比,也与正比,也与R R成正比。说明初温较低的气体压缩功耗成正比。说明初温较低的气体压缩功耗较省,压缩同样质量的气体时,密度小的气体功耗较省,压缩同样质量
23、的气体时,密度小的气体功耗大,因气体常数大,因气体常数R R与分子量与分子量M M成反比。成反比。二、实际工作循环二、实际工作循环 理论循环在实际压缩机中是不可能实现的。理论循环在实际压缩机中是不可能实现的。实际压缩机中,为避免活塞与缸盖相撞以及气实际压缩机中,为避免活塞与缸盖相撞以及气阀结构、气阀安装的需要,在气缸端部都留有阀结构、气阀安装的需要,在气缸端部都留有一定的空隙,称为余隙容积。此外在压缩机吸、一定的空隙,称为余隙容积。此外在压缩机吸、排气过程中有阻力损失。缸内气体与外界有热排气过程中有阻力损失。缸内气体与外界有热交换。这些因素都使实际工况要比理论工况复交换。这些因素都使实际工况要
24、比理论工况复杂。杂。实际循环与理论循环的区别是:实际循环与理论循环的区别是:(1)(1)由于存在余隙容积,实际工作循环由膨胀、吸由于存在余隙容积,实际工作循环由膨胀、吸气、压缩和排气四个过程组成,而理论循环则无膨气、压缩和排气四个过程组成,而理论循环则无膨胀过程,这使实际吸气量比理论要少。胀过程,这使实际吸气量比理论要少。(2)(2)实际吸、排气过程存在阻力损失,使实际缸内实际吸、排气过程存在阻力损失,使实际缸内吸气压力低于吸气管内压力吸气压力低于吸气管内压力p p1 1,实际缸内排气压力,实际缸内排气压力高于排气管内压力高于排气管内压力p2p2。吸、排气管内的压力取决于外界系统压力,吸、排气
25、管内的压力取决于外界系统压力,与缸内过程无关,此压力是在压缩机标准吸、排与缸内过程无关,此压力是在压缩机标准吸、排气位置上测得的压力,叫做标准吸、排气压力,气位置上测得的压力,叫做标准吸、排气压力,也称为名义吸、排气压力。而气缸内气体的瞬时也称为名义吸、排气压力。而气缸内气体的瞬时工作压力工作压力p p是周期性变化的。是周期性变化的。(3)(3)压压缩缩机机工工作作中中,活活塞塞环环、填填料料和和气气阀阀等等不不可避免会有泄漏。可避免会有泄漏。(4)(4)在膨胀和压缩过程中,气体与缸壁间的热在膨胀和压缩过程中,气体与缸壁间的热交换使膨胀过程指数和压缩过程指数不断变化。交换使膨胀过程指数和压缩过
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