往復式壓縮機
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1、第一章壓縮機 in 壓縮機是一種能提高氣體壓力并能連續(xù)輸送 氣體的機器,它把機械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的能量。壓 縮機的排氣壓力一般大于0?3MPao當排氣壓力小 于0?3MPa時,一般稱為風機。 容積式:通過活塞、柱塞和各種形狀的轉(zhuǎn)子 壓縮密閉空腔內(nèi)氣體體積來提高氣體的壓力。它 又可分為往復運動式和回轉(zhuǎn)運動式兩類。 速度式:利用高速旋轉(zhuǎn)葉片的動力學作用給 氣體提供能量(壓力能和動能),而其中的氣體 動能再轉(zhuǎn)變成壓力能。 1.1往復活塞式壓縮機 一. 往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環(huán) 二. 往復活塞式壓縮機熱力性能參數(shù) 三. 往復活塞式壓縮機的動力分析 四. 往復活塞式壓縮機排氣量
2、的調(diào)節(jié) 五. 石油化工用往復活塞式壓縮機的參數(shù)控制 3 # 六. 往復活塞式壓縮機的典型結構及零部件 # \往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環(huán) # \往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環(huán) 往復式活塞壓縮機簡圖 1一氣缸蓋;2一排氣閥;3—進氣閥;4—氣缸;5—活塞; 6—活塞環(huán);7—冷卻套;8—連桿; 5 ?、往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環(huán) 、往復活塞式壓縮機結構原
3、理及工作循環(huán) L型壓縮機 ■ 1 JL r r M M 一— ; iC丿 ll B W . W < l ? imV ? w .彳 j ? ?> a ? *??** V y:【漁竺竺 b ?、往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環(huán) 往復活塞式壓縮機的組成 9 ?、往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環(huán) 基本結構 主要部分 基礎部分機身、曲軸、連桿、 十字頭等 主要作用
4、 傳遞動力,連接基礎 和氣缸部分。把電動 機軸的旋轉(zhuǎn)運動變成 十字頭的往復直線運 動,從而推動活塞在 氣缸內(nèi)移動。 氣缸部分 氣缸、氣閥、活塞、 活塞環(huán)、填料等 形成壓縮容積和防止 氣體泄漏 輔助部分 冷卻器、緩沖器、濾清 器、油氣分離器、安全 閥、油泵、注油器、排 氣量調(diào)節(jié)裝置等 確保壓縮機安全、可 靠運轉(zhuǎn) 往復活塞式壓縮機的組成 # ?、往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環(huán) 往復活塞式壓縮機的主要特點: 1 ?適用壓力范圍廣。從低壓至
5、超高壓均可。 工業(yè)中,排氣壓力達到350MPa,實驗室可達 到lOOOMPao 2?絕熱效率較高。大型往復活塞式壓縮機的絕 熱效率可達到80%以上。 3?適應性較強。氣量、排氣壓力及氣體密度的 改變對壓縮機的性能影響不大。通用性好。 4?機器結構較復雜,易損件較多。 5?進氣和排氣脈動不連續(xù),容易引起氣流脈動 和管路振動。 理論循環(huán)P-V指示圖(示功圖) p2+t Pl p. 13 ?、往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環(huán) # ?、往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環(huán) P2 Pi p2, v2 P1.V1 理論循環(huán)假設條件:
6、 I. 氣缸內(nèi)無余隙容積,氣體全部排出氣缸; II. 氣體通過進、排氣閥無壓力損失,壓力無波動; III ?氣體壓縮過程指數(shù)不變; IV.氣缸內(nèi)氣體無泄漏。 # ?、往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環(huán) 理論壓縮循環(huán)的進氣容積匕等于氣缸的行 程容積: V] = Vh = A X S A—活塞面積; S—活塞行程; 15 ?、往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環(huán) # ?、往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環(huán) 單作用氣缸:—沖 雙作用氣缸= ^(2D2-d2)5 # 」、往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環(huán) 理論壓縮
7、循環(huán)所包圍的面積,為理論循環(huán)的 壓縮功,也稱為理論壓縮循環(huán)的指示功。
等溫過程:
等爛過程:
Wi = P]V]ln 直
Pl
k-1
8、 Ps-將波動的實際進 氣壓力,根據(jù)功量 相等的原則而得出 的平均壓力; Pd-將波動的實際排 氣壓力,根據(jù)功量 相等的原則而得出 的平均壓力; P1-名義進氣壓力; T】-名義進氣溫度。 19 一、往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環(huán) 實際循環(huán)與理論循環(huán)的區(qū)別: ① 氣缸內(nèi)有余隙容積 余隙容積內(nèi)殘存少量高壓氣體,這部分高 壓氣體在活塞開始吸氣前有一個膨脹過程,膨 脹至壓力略低于進氣管內(nèi)進氣壓力時,才開始 進氣過程。 余隙前
9、積包括氣缸端面與活塞端面所留間 隙;進排氣閥通道所形成的容積;活塞與氣缸 在第一道活塞環(huán)之前形成的容積。 、往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環(huán) 實際循環(huán)與理論循環(huán)的區(qū)別: ② 進、排氣閥產(chǎn)生阻力損失 進、排氣閥門使氣體產(chǎn)生阻力損失,從而 導致氣缸內(nèi)實際進氣壓力低于進氣管內(nèi)的名義 進氣壓力,氣缸內(nèi)的實際排氣壓力高于排氣管 內(nèi)的名義排氣壓力。 一、往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環(huán) 實際循環(huán)與理論循環(huán)的區(qū)別: ③ 壓縮和膨脹過程指數(shù)不是定值 化, 程, ④ 在壓縮和膨脹過程中,氣體的溫度不斷變 氣體和缸壁之間存在著不穩(wěn)定的熱交換過 所以膨脹和壓縮過程的過程指數(shù)k不是定值
10、。 氣閥、填料函和活塞環(huán)等部位有泄漏,泄 漏影響壓縮過程線和膨脹過程線,并影響進氣 量和排氣量。 一、往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環(huán) 此外,實際氣體和理想氣體的差別也會 影響壓縮機的工作循環(huán): 理想氣體狀態(tài)方程:pV = m RT 實際氣體狀態(tài)方程:pV = ZmRT 理想氣體過程方程:P] V] = p2 V2^ k:等爛過程指數(shù) 、往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環(huán) 實際氣體過程方程: kv:容積等爛指數(shù) 燈:溫度等爛指數(shù) 實際氣體的容積: ZAP J \往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環(huán) 多級壓縮過程 當要求氣體的壓力比較高時,就要采用多 級壓縮。
11、因為單級壓力比過高,會造成氣體的 排氣溫度過高,壓縮機的功耗增加,壓縮機笨 重。 多級壓縮就是將氣體的壓縮過程分成幾級 來進行,級與級之間設置冷卻器和油水分離器 等,每一級的工作循環(huán)過程與單級壓縮過程相 同。 25 ?、往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環(huán) AA/X I級缸 p R R II級缸 油水分離器 2 b 2 II級冷卻器 等溫過程 多變過程 絕熱過程 2 m級冷卻器 皿級缸 、往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環(huán) 采用多級壓縮的優(yōu)點: 降低排氣溫度;節(jié)省功率消耗;提 高容積系數(shù);降低活塞力。 級數(shù)過多的缺點: 壓縮機結構的復
12、雜性增加,消耗于 氣閥、管路、設備中的阻力損失增加, 制造和運行成本增大。 」、往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環(huán) 選擇級數(shù)Z的一般原則: 節(jié)省功率;機器結構簡單;質(zhì)量輕、成本低; 操作維修方便;滿足工藝流程上的特殊要求。 大中型壓縮機,以省功和運轉(zhuǎn)可靠為第一要 求,一般級壓力比取在2—4之間; 小型壓縮機,經(jīng)常是間歇使用,主要考慮結 構簡單緊湊,質(zhì)量輕、成本低,而功耗卻處于次 要地位,所以可適當提高級壓力比以減少級數(shù); 對于易燃易爆等特殊氣體,級數(shù)選擇主要受 排氣溫度的限制。 -、往復活塞式壓縮機結構原理及工作循環(huán) 各級壓力比的分配以壓縮機的總功耗最小為 原則。此時,各級壓力
13、比相等,為總壓力比開z次 方。 匹= —KK = 81 Ps P2 Pd-l 29 # =1 多級壓力比在實際分配時往往會做調(diào)整:如 第一級常取較小的壓力比以增大第一級的容積系 數(shù)即增加進氣量;另外還要考慮活塞力的平衡; 滿足工藝條件(如工藝壓力作為級間壓力)等。 當各級壓力比不相等時,會使總指示功有所 增加。但各級壓力比的乘積仍等于總壓力比。 思考題 ?壓縮機按工作原理分為哪兩類? ?往復活塞壓縮機的組成部分及作用? ?往復活塞壓縮機的工作循環(huán)過程? ?往復活塞壓縮機的三種熱力過程? ?往復活塞壓縮機的主要特點? ? 畫出往復活塞式
14、壓縮機理論循環(huán)和實際循環(huán)P-V指示圖。 ?往復活塞式壓縮機理論循環(huán)與實際工作循環(huán)的區(qū)別? ? 何為壓力比?多級壓縮機壓力比的分配原則? ?在什么情況下須釆用多級壓縮?多級壓縮的優(yōu)缺點? ? 一單級活塞壓縮機,進氣壓力為0. 5MPa (表壓),排 氣壓力為1.7MPa (表壓)。壓力比為多少? :、往復活塞式壓縮機的熱力性能參數(shù) 1、進氣量 2、 排氣量 3、 排氣溫度 4、 排氣壓力 5、 循環(huán)功、功率及效率 1?進氣量 壓縮機的進氣量Vs是在實際循環(huán)下壓縮機 單位時間的進氣量。用名義進氣狀態(tài)下的進氣 量Vh表示,對應于名義進氣壓力P],名義進氣 溫度T1。 V
15、=X -X X -VK n s v p t h ——容積系數(shù) 2——壓力系數(shù) p XT ——溫度系數(shù) n ——壓縮機的轉(zhuǎn)速 血一一容積系數(shù) 表征氣缸行程有效利用程度的系數(shù)。反映 了由于氣缸的余隙容積的存在,使氣缸行程容 積被膨脹氣體所占有,從而導致了吸氣量減少 的程度。 33 # V.-AV = 1- 相對余隙容積。其大小主要取決于氣閥在氣 -D # 上的布置方式以及壓縮的級次等。低壓級0.07?0.12, 中壓級0. 09?0. 14,高壓級0. 11?0. 16o 單級壓力比
16、過大,會使幾 降低。 久”一一壓力系數(shù) 反映了由于進氣閥阻力的存在致使實際進 氣壓力化小于名義進氣壓力P1,從而造成進氣 量減少的程度。 P1 進氣閥阻力 低壓級心=0?95~0?9 高壓級^=0.9 ?1.0 Ar ——溫度系數(shù) 表示進氣過程中氣體從缸壁等部件 吸收熱量造成體積膨脹,從而造成進氣 量減少的程度。溫度系數(shù)與氣缸的冷卻 狀況和級的壓力比大小有關。 2.排氣量 ? 壓縮機的排氣量用名義進氣狀態(tài)下的氣 量表示。排氣量等于第一級的進氣量減去所 有各級的外泄漏氣量。 ?供氣量:一般為壓縮機排氣量換算成標 準狀態(tài)下的流量。 ①單級壓縮機的排氣量:
17、( vz ) 叫1加 = VS^^ = VS Vd + V, u —氣缸的相對泄漏量 匕 匕 Vd = Xy-Xp-XT-X;-Vh-n 1 + U丿 39 V —氣缸的相對泄漏量,它是氣缸 中各泄漏點的相對泄漏量的總和: 氣閥不嚴密或延遲關閉的泄漏U =0. 01?0. 04 單作用氣缸中活塞環(huán)的泄漏 u =0. 01?0. 05 雙作用氣缸中活塞環(huán)的泄漏 U =0. 003?0. 015 填料函的泄漏V = (0. 0005?0. 001)?j (等效級次) 泄漏點 ②多級壓縮機的排氣量 排氣量仍然用第1級氣缸的尺寸參數(shù)和運行 狀態(tài)參數(shù)表示:
18、 41 多級壓縮機第k級氣缸的行程容積與排氣 量的關系: lk I Z; V ^ok^cpk Vd .Pn T>k Z hk 入Vk?九pk ?九Tk ?九lk n Plk 卩Ok 稱為第k級的抽加氣系數(shù)。它表示k 級之前的抽加氣對k級進氣量的影響。 抽氣:% <1;加氣:% >1 k Mok = 罟一- %k—稱為第k級的凝析系數(shù)。它表示k級 之前氣體的凝析量對k級進氣量的影響。 有凝析:%k <1 ?壓縮機的排氣量由第1級氣缸的尺寸和運 行狀態(tài)參數(shù)決定的,不論是單級壓縮還是多 極壓縮,每臺壓縮機只有一個排氣量。 ?排氣量用進氣狀態(tài)所表示的,而工藝上
19、要求的供氣量往往是標準狀態(tài)下的干氣容積 量,兩者之間要注意換算。 3.排氣溫度 排氣溫度一般按絕熱過程考慮,排氣 溫度和進氣溫度之間的關系: k—l T2可汀 最高排氣溫度的限制: ?低于氣體的聚合或分解溫度 ?低于氣體的自燃、自爆溫度 ?低于潤滑油的閃點30?50C ?低于自潤滑材料的流變溫度 ?一般情況下排氣溫度控制在160-180C以下。 4.排氣壓力 壓縮機的實際排氣壓力由排氣系統(tǒng)壓 力(也稱背壓)決定,只有壓縮機的排氣 量和系統(tǒng)的用氣量之間達到供求到平衡時, 才能保證壓縮機的排氣壓力穩(wěn)定。 45 5?循環(huán)指示功、功率及效率 指示功:壓縮機
20、用于壓縮氣體所消耗的功; 摩擦功:壓縮機用于克服機械摩擦所消耗的功; 軸功:指示功+摩擦功,即主軸需要的總功; 功率:單位時間所消耗的功; 比功:單位排氣量所消耗的軸功。 5?循環(huán)指示功、功率及效率 用簡化的等功當量指示圖計算實際循環(huán)功 用平均的 進、排氣壓力 代替實際波動 的進、排氣壓 力;用等爛指 數(shù)k代替過程 指數(shù)m。 5?循環(huán)指示功、功率及效率 單級壓縮機實際循環(huán)指示功: Wrp"v?Vh? k k-1 k-1 ?[(匹廠-1] Ps 單級壓縮機實際循環(huán)指示功率: M =Ps?九 k-1 ps 60 5?循環(huán)指示功、功率及效率 壓縮機的軸功率:
21、 Nz Il m—壓縮機的機械效率,對于帶十字頭的大 中型壓縮機:n m=0?90-0?95;小型不帶十字 頭的壓縮機:nm-o. 85-0. 92;高壓循環(huán)壓縮 機:nm=o. 80-0. 85;無油潤滑壓縮機的效率 更低。 壓縮機效率是衡量機器工作完善性的重要指標 5?循環(huán)指示功、功率及效率 往復式壓縮機的效率 等溫指示效率: 等溫壓縮理論循環(huán)指示 53 指示效率 效 率 軸效率 等溫軸效率:等溫壓縮理論循環(huán)指示功 與軸功的比值。 功與實際循環(huán)指示功的比值。 等爛指示效率:等爛壓縮理論循環(huán)指示 功與實際循環(huán)指示功的比值。 等爛軸
22、效率:等爛壓縮理論循環(huán)指示功 與軸功的比值。 * 一般多用等爛效率來衡量壓縮機效率的高低 思考題 何為壓縮機的排氣量? # 最高排氣溫度有哪幾點限制? 壓縮機額定排氣壓力為1. OMPa,背壓為0. 8MPao壓縮機 工作時的排氣壓力? 氣缸直徑、活塞行程、轉(zhuǎn)數(shù)和排氣量的關系? 何為壓縮機的指示功、軸功、比功? 壓縮機的循環(huán)指示功率為9kw,機械效率為0?9,壓縮機 的軸功率。 往復活塞k壓縮機氣缸的吸、排氣閥使氣體產(chǎn)生阻力損 失,從而導致氣缸的實際吸氣壓力 (高于、低于) # 進氣管內(nèi)的名義進氣壓力;氣缸的實際排氣壓力 (高于、低于)
23、排氣管內(nèi)的名義排氣壓力。 一臺二級往復活塞式壓縮機,其排氣壓力& 9MPa (表 壓)。進氣壓力0.9 MPa (表壓)。則原則上取各級壓 力比,這是按照原則確定的。 三、往復活塞式壓縮機的動力分析 分析曲柄連桿機構的運動規(guī)律、受力情況 以及對壓縮機動力性能的影響。這是壓縮機總 體結構,各零部件的強度、剛度計算以及壓縮 機基礎設計的力學基礎。 重點:分析和解決由于回轉(zhuǎn)一往復運動所 產(chǎn)生的慣性力及慣性力矩的平衡問題O 三、往復活塞式壓縮機的動力分析 1?壓縮機中的作用力 2.主要構件及基礎的受力分析 3 ?慣性力平衡 4?阻力矩曲線及飛輪矩 三、往復活塞式壓縮機的動力分析
24、1 ?壓縮機中的作用力 質(zhì)量的求解 加速度的求解 氣體力 摩擦力 *各部件本身的重力,作用相對較小,一般 不作考慮。 A往復活塞式壓縮機的動力分析 慣性力 壓縮機中各運動零件在往復運動過程中不 等速運動產(chǎn)生往復慣性力,旋轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生旋轉(zhuǎn) 慣性力。 慣性力的大小和方向,決定于運動零件的 質(zhì)量和加速度。為計算簡便,把運動零件簡化 為若干個質(zhì)點,慣性力分別作用在各質(zhì)點上。 57 活塞組件一往復運動 活塞組件(包括活塞、活塞桿和十字頭) 做往復運動,其質(zhì)量總和為叫,認為其作用 在十字頭中心A點,產(chǎn)生往復慣性力。 :、往復活塞式壓縮機的動力分析 曲柄一旋轉(zhuǎn)運動 曲
25、柄做旋轉(zhuǎn)運動。曲柄和曲柄梢對于主軸 不對稱部分的質(zhì)量nV作用在B點,產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)慣 性力。 B點 mk=mcl+mC2-- r 連桿一往復擺動 連桿做往復擺動,其質(zhì)量為m,。在保證 總質(zhì)量和質(zhì)心不變的前提下,分解為兩部分: m;和m; 作用在A點,做往復運動;m” 作用在B點,做旋轉(zhuǎn)運動。 m; = (0.3^0.4) mz m; = (0.7^0.6) 61 1、往復活塞式壓縮機的動力分析 慣性力 做往復運動的總質(zhì)量為ms : ms=mp+m; 三、往復活塞式壓縮機的動力分析 往復慣性力I Is = —m$a =—msrco2(cos
26、a+ Zcos2a) =—(msrco2c osa+ msrco2Z- cos2a) =—(【si +【s2) 入=r/Z Isi 階往復慣性力, 變化周期是2兀 IS2—二階往復慣性力, 變化周期是兀。 往復慣性力的方向始終作用于氣缸的軸線 方向上,其大小隨曲柄轉(zhuǎn)角周期性的變化。 旋轉(zhuǎn)慣性力Ir: Ir = -mr ? r(D2 旋轉(zhuǎn)慣性力的方向始終沿曲柄旋轉(zhuǎn)運動徑 線外向。 63 三、往復活塞式壓縮機的動力分析 匚、往復活塞式壓縮機的動力分析 氣體力 氣體力P等于氣缸工作容積內(nèi)氣體的瞬時 壓(強)力與活塞面積的乘積,一列上如果有 兩個或兩個以
27、上的工作容積,則該列氣缸的氣 體力為所有氣缸的軸側(cè)工作容積和蓋側(cè)工作容 積在同一瞬時氣體力的代數(shù)和。 氣體力隨曲柄轉(zhuǎn)角的變化而變化O 摩擦力 摩擦力分為往復摩擦力RS和旋轉(zhuǎn)摩擦力Rr。 往復摩擦力所消耗的功率一般占總機械摩 擦功率的60%?70%,旋轉(zhuǎn)摩擦力所消耗的功率 占機械摩擦功率的30%?40%。 摩擦力的方向始終與部件的運動方向相反。 # :、往復活塞式壓縮機的動力分析 2.主要構件及基礎的受力分析 P》=P + I s + Rs =氣體力+往復慣性力+往復摩擦力 67 三、往復活塞式壓縮機的動力分析 # 三、往復活塞
28、式壓縮機的動力分析 ②十字頭滑道處的側(cè)向壓力 # 三、往復活塞式壓縮機的動力分析 N = P^tg]3 = Asina 71-I2 sin2 a 69 三、往復活塞式壓縮機的動力分析 2.主要構件及基礎的受力分析 2.主要構件及基礎的受力分析 ④主軸受力 包括連桿力Pt和離心慣性力Ir 71 三、往復活塞式壓縮機的動力分析 2.主要構件及基礎的受力分析 ⑤ 傾覆力矩 Mn = N-b
29、= N(lcos p + rcosa) 2.主要構件及基礎的受力分析 ⑥ 壓縮機機身上所受的自由力和力矩: 往復慣性力Is; 旋轉(zhuǎn)慣性力旺; 旋轉(zhuǎn)摩擦力矩Mr; 傾覆力矩M* 73 三、往復活塞式壓縮機的動力分析 2.主要構件及基礎的受力分析 ⑦ 壓縮機基礎所受到的力和力矩: 壓縮機的重力; 驅(qū)動機的重力; 機身傳給基礎的力和力矩; 驅(qū)動機傳給基礎的驅(qū)動力和力矩。 主要構件及基礎的受力分析小結 ① 綜合活塞力 ② 十字頭滑道處的側(cè)向壓力 ③ 連桿力 ④ 主軸受力 ⑤ 傾覆力矩 ⑥ 壓縮機機身上所受的自由力和力矩 ⑦ 壓縮機基礎所受到的力和力矩 三
30、、往復活塞式壓縮機的動力分析 3.慣性力平衡 主要目的是解決和減輕壓縮機與基 礎的振動問題。 旋轉(zhuǎn)慣性力可以通過在曲柄反方向上 加裝平衡質(zhì)量叫來平衡。 75 三、往復活塞式壓縮機的動力分析 # 三、往復活塞式壓縮機的動力分析 77 三、往復活塞式壓縮機的動力分析 # 三、往復活塞式壓縮機的動力分析 3?慣性力平衡 單列往復壓縮 機的往復慣性力不 能用平衡重的方法 平衡。
31、 79 三、往復活塞式壓縮機的動力分析 3.慣性力平衡 多列往復壓縮機,可以通過合理布置壓 縮機的整體結構,使往復慣性力和力矩得到 全部或部分平衡。 兩種平衡方法: ①合理地配置各列 曲拐間的錯角; # 三、往復活塞式壓縮機的動力分析 3?慣性力平衡 ②在同一曲拐上配置幾列氣缸,合理配置 各列氣缸中心線間的夾角,使合成往復 慣性力為一個大小不變的徑向力,然后 用加裝平衡質(zhì)量的方法解決。 三、往復活塞式壓縮機的動力分析 三、往復活塞式壓縮機的動力分析 O 7777
32、 1 三、往復活塞式壓縮機的動力分析 3.慣性力平衡 例:L型角度式往復壓縮機 第一列I、II階往復慣性力 I co2 cos 麗=m^rco2Acos 2ax a第二列I、II階往復慣性力 - m^rco2 cos - %) /尸0十/尸0‘ 馬-加2)s%cos2(Q] -%) 三、往復活塞式壓縮機的動力分析 1 //// 5 /7Z/ 2 設:吩== ms 4= J[戊]4 [闍]彳 3?慣性力平衡 總的往復慣性力: =cosdfj2 +(m^}r(D2
33、 sin a})2 ① ,2 普好 =msrco =吊甄 Qiy =arctg— —=a{(曲柄轉(zhuǎn)角> /小加 sly r & I y : —階往復慣性力與軸夾角 Qny :二階往復慣性力禺軸夾角 87 三、往復活塞式壓縮機的動力分析 3.慣性力平衡 L型壓縮機的一階往復慣性力的大小不 變,方向與壓縮機的曲柄轉(zhuǎn)角相同,可以通 過在曲柄反方向上加裝平衡質(zhì)量的方法來平 衡;二階往復慣性力的大小隨曲柄轉(zhuǎn)角的變 化而變化,但其方向恒定,所以L型壓縮機 運轉(zhuǎn)較平穩(wěn)o L型壓縮機是常用的中型壓縮機。 # 三、往復活塞式壓縮機的動力分析 89
34、 三、往復活塞式壓縮機的動力分析 4?阻力矩曲線和飛輪矩 總阻力矩曲線是各列阻力矩曲線以及摩 單列阻力矩0 Mt =斗? h = /(sin a + 2 sin la 2a/1-22 sin2 a # 三、往復活塞式壓縮機的動力分析 4?阻力矩曲線和飛輪矩 摩擦阻力刪, (0.3?0.4)?N廠(打-1)-60 M .= 」 2m 總阻力矩輪)曲線是曲柄轉(zhuǎn)角a的周 選擇驅(qū)動機 的驅(qū)動力矩叫二平 均阻力矩叫。 4
35、?阻力矩曲線和飛輪矩 壓縮機在轉(zhuǎn)動過程中角速度不斷變化, 一般用旋轉(zhuǎn)不均勻度來表示o 嘰+ % 旋轉(zhuǎn)不均勻程度直接影響壓縮機的運 轉(zhuǎn)性能,并影響電機供電網(wǎng)的穩(wěn)定性,旋 轉(zhuǎn)不均勻度有限定范圍。 93 :、往復活塞式壓縮機的動力分析 4.阻力矩曲線和飛輪矩 旋轉(zhuǎn)不均勻度限定范圍: 皮帶傳動氏%0 彈性聯(lián)軸器傳動 異步電動機經(jīng)剛性聯(lián)嚮驅(qū)動: < %)0 同步電動機直接驅(qū)動5S堆?%M 4?阻力矩曲線和飛輪矩 為了使用壓縮機轉(zhuǎn) 速均勻,減小電機供電 網(wǎng)電流電壓的波動幅度, 在壓縮機曲軸、電機轉(zhuǎn) 子或電動皮帶輪等轉(zhuǎn)動 部件的轉(zhuǎn)動慣量不足時, 要加設飛輪來增加轉(zhuǎn)動
36、 慣量。 1、往復活塞式壓縮機的動力分析 4.阻力矩曲線和飛輪矩 飛輪矩是飛輪的質(zhì)量和直徑平方的乘積o MD2 3600AE 7i2n25 AE = |jx-cotn) = Jco^ (動能變化) 97 三、往復活塞式壓縮機的動力分析 4.阻力矩曲線和飛輪矩 飛輪 思考題 ?往復活塞壓縮機正常運轉(zhuǎn)時,主要產(chǎn)生哪幾種作用力? ?往復慣性力如何產(chǎn)生的?是否能夠平衡?有什么減少或平衡 的方法? ?旋轉(zhuǎn)慣性力如何產(chǎn)生?是否能夠平衡?有什么平衡的方法? ?一階往復慣性力的變化周期是 ,二階往復慣性力的變化 99 #
37、 期是 ?氣體力隨曲柄 的變化而變化。 ?綜合活塞力由 、 和 組成? ?壓縮機機身上所受的自由力和力矩? ?壓縮機基礎所受到的力和力矩? ?往復活塞壓縮機加設飛輪的作用?是否能平衡慣性力? ?如何計算旋轉(zhuǎn)不均勻度? 四、往復活塞式壓縮機排氣量的調(diào)節(jié) 壓縮機在設計條件下運行的工況稱為額 定工況。此時,各級熱力參數(shù)保持預想的協(xié) 調(diào)關系,操作穩(wěn)定。 生產(chǎn)單位用氣量常會變化。如果供過于求, 排氣系統(tǒng)壓力就會上升。 選擇調(diào)節(jié)方法和調(diào)節(jié)裝置的原則: 符合氣量調(diào)節(jié)范圍 能量損失小 結構簡單 操作方便 ① 鷲豔進氣管與排氣管用旁路連接 起來,使排出的氣體經(jīng)旁路流回進氣
38、管。 一般在大型壓縮機啟動時采用O 101 # ② 進氣管節(jié)流調(diào)節(jié) 在壓縮機進氣管上設置減荷閥,用調(diào)節(jié) =J [==| 減荷閥的開度來控制進氣量。 # 這種調(diào)節(jié)方法結構簡單,經(jīng)濟性較好, 主要用于中、小型壓縮機的氣量的間歇調(diào)整。 103 ③ 頂開進氣閥調(diào)節(jié) 頂開進氣閥,增加氣缸的外泄漏量。 ■ —二 nil 分為完全頂開進氣閥和部分頂開進氣閥 兩種調(diào)節(jié)方法。 調(diào)節(jié)方便,功耗較小,但閥片頻繁受沖 擊,氣閥壽命下降。 ④ 補充余隙調(diào)節(jié) 通過增加氣缸的余隙容積從而減小容積系 數(shù)的方法來調(diào)節(jié)進氣量。 1=1
39、 余隙容積可分為固定容積式和可變?nèi)莘e式。 此調(diào)節(jié)方法基本不增加功耗,結構較簡單,是 大型壓縮機氣量調(diào)節(jié)經(jīng)常采用的方法。 4 1 ■ 鄉(xiāng) 82 四、往復活塞式壓縮機排氣量的調(diào)節(jié) ⑤ 壓縮機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié) 降低壓縮機轉(zhuǎn)速,可以減少排氣量,功率也 按比例降低。 此方法經(jīng)濟方便,關鍵驅(qū)動機轉(zhuǎn)速可調(diào)。 調(diào)節(jié)方法小節(jié): ① 進氣管節(jié)流調(diào)節(jié) ② 旁路調(diào)節(jié) ③ 頂開進氣閥調(diào)節(jié) ④ 補充余隙調(diào)節(jié) ⑤ 壓縮機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié) 五、石油化工用往復活塞式壓縮機的參數(shù)控制 石油化工用壓縮機與空壓機的基本原 理和結構相似,但由于所壓縮氣體的物性 參數(shù)和熱力學
40、參數(shù)與空氣不同,所以設計、 操作、維護、試車以及故障處理都有不同 要求。 五、石油化工用往復活塞式壓縮機的參數(shù)控制 1 ?物性參數(shù)和熱力學參數(shù)的控制 ?等爛指數(shù)下降,用空氣試車時,注意功 率超載和排氣溫度過高。 ?氣體密度降低,用空氣試車時注意超載。 ?石油化工氣體在高壓時需按實際氣體考慮。 ?導熱系數(shù)高的氣體排氣量較小O 五、石油化工用往復活塞式壓縮機的參數(shù)控制 2?氣體毒性、易燃性和易爆性的控制 弩格防止壓縮機氣體外泄或機外氣體漏入 氣缸; ?壓縮機應有防靜電措施; ?嚴格控制壓縮機各級的排氣溫度; ?驅(qū)動機及有關電器應選用相應等級的防 爆或隔爆設備。 五、石油化工用往
41、復活塞式壓縮機的參數(shù)控制 3.介質(zhì)的腐蝕與控制 ?與腐蝕性氣體接觸的壓縮機零部件材料 應選用耐腐蝕材料; ?一氧化碳壓縮機在長期停車時,應用空 氣置換,防止碳酸腐蝕。 4?氣體在壓縮過程分解、聚合和積碳的控制 ?嚴格控制排氣溫度。 五、石油化工用往復活塞式壓縮機的參數(shù)控制 5.氣體發(fā)生凝析的控制 臨界溫度高、臨界壓力低的氣體在壓縮機 和中間冷卻器中很容易出現(xiàn)凝液; ?氣缸的余隙通常要比空氣壓縮機取得大; ?排氣閥布置在氣缸下方,使得凝液得以被排 出氣流帶走; ?壓縮機的中間冷卻器應有一定的留存凝液空 間,并定期排放。 ?合理控制壓縮機氣缸的冷卻,夾套中冷卻水 溫要適度。
42、五、石油化工用往復活塞式壓縮機的參數(shù)控制 6.超高壓壓縮機的參數(shù)控制 在超高壓的條件下,某些氣體已接近不 可壓縮的液態(tài),膨脹過程不很明顯,氣缸的 余隙容積可適當取大; ?由于壓縮性很小,溫升也較小,級數(shù)可相對 減小; ?對吸氣溫度要有限制,其對壓力比和活塞力 影響很大; ?高壓氣體的流動相較差,為減少阻力損失, 壓縮機的轉(zhuǎn)速不宜過高。 111 六、往復活塞式壓縮機的典型結構及零部件 1、典型的結構型式(按汽缸軸線布置的相互關系) 113 六、往復活塞式壓縮機的典型結構及零部件 # 六、往復活塞式壓縮機的典型結構及零部件 ①立式壓縮機
43、 # 立式壓縮機 115 六、往復活塞式壓縮機的典型結構及零部件 ①立式壓縮機 氣缸軸線成直立布置。活塞重量不作用在 氣缸鏡面上,磨損較小且比較均勻;往復慣性 力垂直作用于基礎,基礎受力條件好,機身主 要承受拉壓載荷,基礎可做的較小,輕便;潤 滑油氣缸摩擦面均勻分布,潤滑較好;結構緊 湊,占地面積小。 整個機器空間高度較高,曲軸箱及傳動機 構位于機器下部,列與列的間距較小,氣閥與 管道布置比較擁擠,不利于維修。 六、往復活塞式壓縮機的典型結
44、構及零部件 六、往復活塞式壓縮機的典型結構及零部件 ②臥式壓縮機 A、一般臥式壓縮機 六、往復活塞式壓縮機的典型結構及零部件 六、往復活塞式壓縮機的典型結構及零部件 氣缸均在 300r/min)、 只在小型高壓 場合使用。 曲軸一側(cè),慣 性力平衡較差 轉(zhuǎn)速相對較低 (100- 六、往復活塞式壓縮機的典型結構及零部件 相對列的曲柄錯角 箱結構復雜。 阻力矩曲 3200 2200 3408 3658 對稱平衡型(六列) B、對稱平衡型 180 o往復慣性力可
45、 以完全平衡,往復慣性 力矩很小,轉(zhuǎn)速可達 250-1000r/mino 缺點:運動部件及 填料數(shù)量較多,氣體泄 漏部位多,機身和曲柄 線不均勻。 六、往復活塞式壓縮機的典型結構及零部件 六、往復活塞式壓縮機的典型結構及零部件 對稱平衡型(六列)示意圖 95 六、往復活塞式壓縮機的典型結構及零部件 A C、對置式壓縮機 各列氣缸軸線同 心的布置在曲柄兩側(cè)。 但兩列往復運動質(zhì)量 并非對動
46、。往復慣性 力不能完全平衡,但 氣體力可以得到較好 的平衡,而且阻力矩 曲線比較均勻。 125 六、往復活塞式壓縮機的典型結構及零部件 對置式壓縮機機構示意圖 127 六、往復活塞式壓縮機的典型結構及零部件 ③角度式壓縮機 (L型、V型、W型等) 特點介于立式壓縮機 和臥式壓縮機之間。曲軸 結構比較簡單,結構比較 緊湊,慣性力平衡情況較 好。 V型壓縮機 129 W型壓縮機
47、 101 六、往復活塞式壓縮機的典型結構及零部件 2.主要零部件 ①氣缸組件 按氣缸的容積利用方式可分為單作用、雙 作用和級差式;按氣缸的冷卻方式可為水冷式 和風冷式。 單作用 雙作用 級差式 # 六、往復活塞式壓縮機的典型結構及零部件 2.主要零部件 ①氣缸組件 氣缸工作表面(鏡面)的加工精度和裝配 精度要求很高。 某些壓縮機的壓縮機裝有缸套,磨損過量 后可更換。缸套材料應具有良好的耐磨性。 103
48、 六、往復活塞式壓縮機的典型結構及零部件 2.主要零部件 ①氣缸組件 氣缸工作表面(鏡面)的加工精度和裝配 精度要求很高。 某些壓縮機的壓縮機裝有缸套,磨損過量 后可更換。缸套材料應具有良好的耐磨性。 105 六、往復活塞式壓縮機的典型結構及零部件 2.主要零部件 ②活塞組件(活塞、活塞環(huán)(易損件)、活塞桿) 活塞分為筒形、盤形、 級差式、柱塞等。 107 六、往復活塞式壓縮機的典型結構及零部件 # 六、往復活塞式壓縮機的典型結構及零部件 2. 主要零部件 流閥等。 氣閥結構示意圖 ③氣閥組件(閥座、閥片(
49、易損件)、彈簧(易損件)) 有環(huán)狀閥、網(wǎng)狀閥、蝶形閥、條狀閥、直 2.主要零部件 對氣閥的要求: ?氣閥開閉及時,關閉時嚴密不漏氣; ?氣流通過氣閥時,阻力損失小; ?使用壽命長; ?形成的余隙容積小; ?結構簡單,互換性好; ?閥片材料應強度高、韌性好、耐磨、耐蝕。 2?主要零部件 ④密封組件 在活塞桿穿出氣缸處的密封填料(易損 件)。常用的材料有金屬或金屬與硬質(zhì)填充 材料。 2.主要零部件 ⑤曲柄一連桿機構 包括曲軸、連桿和十字頭。 十字頭是把回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑椭本€運動 的關節(jié)。 3. 輔機系統(tǒng) ① 潤滑系統(tǒng) 潤滑方式可分為飛濺潤滑和壓
50、力潤滑。 飛濺潤滑依靠連桿上的甩油桿將油甩起飛 濺到各潤滑部位,氣缸內(nèi)帶油量較大。 壓力潤滑多用于大、中型帶十字頭的壓 縮機中。壓力潤滑系統(tǒng)的主要設備有注油器、 油泵、濾油器和有冷卻器。 3?輔機系統(tǒng) ② 冷卻系統(tǒng) 氣缸的冷卻方式分為風冷式和水冷式。 ③ 管路系統(tǒng) 包括進氣管列排氣管之間的設備、管道、管 件及安全裝置、氣量調(diào)節(jié)裝置、放空管路。 管路系統(tǒng)應連接可靠,阻力較小,震動較小, 便于拆裝和維護。 113 六、往復活塞式壓縮機的典型結構及零部件 4-往復活塞式壓縮機的選型 ①分類及形式 ?按排氣量的大小可分為(m3/min): 微型〈1、小型1?10.
51、中型10?60、大型>60 ?按排氣壓力可分為(MPa): 低壓0.3?1.0、中壓1?10、高壓10?100、超高壓 >100 ?按氣缸的排列方式可分為: 臥式、立式、角式、對動、對置 ?按氣缸級數(shù)可分為: 單級、雙級、多級 ?按氣缸的容積利用方式可分為: 單作用、雙作用、級差 115 六、往復活塞式壓縮機的典型結構及零部件 4. 往復活塞式壓縮機的選型 ②選型依據(jù) 1、壓縮機型號(P26) 2、選型原則 ?明確生產(chǎn)任務 ?確定熱力參數(shù) ?考慮氣體特性 ?技術經(jīng)濟指標 ?保證運轉(zhuǎn)可靠 117 思考題 ?往復活塞式壓縮機排氣量有哪些調(diào)節(jié)方法? ? 壓縮有毒、易燃易爆性氣體時的注意事項? ?壓縮易凝析氣體時的注意事項? ?按汽缸軸線布置的相互關系,往復活塞式壓縮機有哪些典型 的結構形式? ?往復活塞式壓縮機按氣缸容積利用方式可分為哪三種形式? 畫出簡圖。 ?往復活塞式壓縮機按氣缸級數(shù)可分為哪幾種形式? ?往復活塞式壓縮機按氣缸的冷卻方式可為 、- ?往復活塞式壓縮機潤滑方式可分為哪兩種形式? ?往復活塞式壓縮機的缸套起什么作用? ?往復活塞式壓縮機的主要易損件有哪些? 119 # 往復活塞式壓縮機的輔機系統(tǒng)有哪幾部分? #
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