往复活塞压缩机技术讲座_郁永章.ppt
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1、往复活塞压缩机技术讲座 郁永章 西安交通大学,1.压缩机定义 用来压缩气体借以提高气体压力的机械 把机械能转化为气体压力能的机械,2.往复活塞压缩机种类,依靠一个气缸与在气缸内作往复运动的活塞构成工作腔的压缩机,均属往复活塞压缩机。 驱动活塞作往复运动的机构或方式有:曲柄连杆机构、偏心轮连杆机构、斜盘或摆盘机构、电磁机构、液压或气压、内燃发动机等。 一般,往复活塞压缩机仅指前两种。其它机构根据其特点均有专用名称,如斜盘压缩机、隔膜压缩机等。 往复活塞压缩机可简称为往复或活塞式压缩机。前者取其运动形态英语国家与日本;后者取其结构形态欧洲非英语国家;在中国标准中用全称。,2.往复活塞压缩机种类,图
2、1 活塞式压缩机结构总图 图2 双滑块压缩机,2.往复活塞压缩机种类,图3 单列单缸电磁压缩机 图4 隔膜压缩机,3. 热力学基础,3.1 如何定义一个气体 状态:温度T、压力p,比容v 过程:与热交换有关, 状态方程, 过程方程,4.气缸压力指示图及其分析,气缸压力指示图是反映气缸内压力变化的图形;在压力随容积变化的图形中,即在pv图中所围面积代表所耗功,故也称示功图。 4.1 理想循环压力指示图 三个过程:进气压缩排气 压缩过程:等温或绝热 作用:作为比较的标准,指示图 代表循环消耗的功,它耗功最小。,图5 理想循环压力指示图,4.气缸压力指示图及其分析,4.2 实际气缸压力指示图 四个过
3、程:进气压缩排气膨胀 进气过程: 压缩过程: 排气过程: 膨胀过程: 作用:反映了气缸内各种因素对工作过程的影响。,图6 级的实际循环指示图 图7 双作用气缸结构图,4.气缸压力指示图及其分析,4.3 lgplgV图的功用 作用: lgplgV图分析压缩与膨胀过程中的热交换、泄漏。,图8 lgplgV 图,4.气缸压力指示图及其分析,4.4 实际测量p图 p图可转化为pV图,其中VAps,s为的函数 作用:反映进、排气系统压力波动对指示功的影响。,图9 某双作用压缩机中压力脉动对指示功的影响,4.气缸压力指示图及其分析,4.5 各种进、排气系统,图10 压缩机进排气系统种类,5.热力性能,热力
4、性能:排气压力、排气温度、容积流量(曾称排 气量,输气量)、功耗、效率。 5.1 排气压力 取决于背压力,即排气系统内的压力; 背压力取决与进入与流出气量的多少; 级间压力的建立:前一级排气量为后一级所接纳。,图11 压缩机装置示意图 图12 级间工作压力的建立,5.热力性能,5.2 排气温度 进排气接管处测得,含排气 开始的压力释放与排气过程冷却 压缩终了温度,图13 某二级空气压缩机第二级气缸内的工作过程,发生在气缸内,5.热力性能,5.3 容积流量 定义:单位时间内压缩机最后一级排出的气体,换算到第一级进口状态的压力和温度时的气体容积值。排气量常用的单位为m3/min。 理论计算: 影响
5、容积流量的因素: 名义容积流量:特定进、出口压力与温度下的流量。 环境改变:海拔,温度等 故障,5.热力性能,5.4 压缩机效率 等温效率 绝热效率 比功率 制冷中能效比 5.5 利用热力性能分析故障 中医式的故障分析方法,6. 压缩机动力性能,往复压缩机动力性能是指运行时,惯性力平衡情况、转矩的平衡情况、侧向力的平衡情况等。 6.1 惯性力求取 曲柄连杆机构的运动关系 速度与加速度,图14 曲柄连杆机构的运动关系,6. 压缩机动力性能,6.1 惯性力求取 往复惯性力 其中: 回转惯性力,一阶往复惯性力,二阶往复惯性力,6. 压缩机动力性能,6.2 作用力分析,图15 压缩机作用力分析,气体力
6、内力; 惯性力自由力,6. 压缩机动力性能,6.3 惯性力平衡 往复惯性力 单列:平衡很复杂 两列或多列: 相互抵消 用平衡重 回转惯性力 平衡重平衡,图16 气缸中心线相对地平面不同位置的各种配置,6. 压缩机动力性能,6.4 未平衡惯性力处置 减震原理 自由振动方程: 强迫振动方程与振幅:,图17 单自由度弹性系统,图18 放大系数与/ n及的关系,6. 压缩机动力性能,6.4 未平衡惯性力处置 基础与隔震垫(无基础设计),图20 减震器支撑的压缩机,图19 基础示意图,6. 压缩机动力性能,6.5 转矩平衡 利用飞轮积蓄能量:,图21 某机器一转的总切向力图,7. 气阀,气阀是往复压缩机
7、中最关键的部件。往复压缩机的生存发展有赖于气阀的好坏。 7.1 对气阀的要求: 工作可靠 阻力损失小 形成余隙容积较小,图22 气阀的基本组成,7. 气阀,7.2 气阀工作过程,图23 气阀起闭工作过程及弹簧力不当的工作曲线,7. 气阀,7.3 气阀命名,图24 气阀的各种起闭元件形状,7. 气阀,7.4 环状、网状气阀种类 阀座通道宽、窄,图25 窄通道开式环状气阀 图26 宽通道低压进气阀,7. 气阀,7.4 环状、网状气阀种类 升程限制器结构:气垫、开式、闭式,图27 气垫阀,图28 高压闭式环状气垫阀结构,7. 气阀,7.4 环状、网状气阀种类 组合阀 簧片阀,图30 簧片阀,图29
8、超高压组合阀结构,7. 气阀,7.5 阻力损失 气阀流动阻力 阀隙流速 空气50m/s,氢气200m/s 流量系数 平均流速,图31 环状阀流量系数0与H/b及p/s的关系,7. 气阀,7.5 阻力损失 与马赫数的关系 相对阻力损失 阻力损失即功率损失,图32 不同马赫数的相对压力损失曲线,7. 气阀,7.6 气阀工作过程的数学模拟 运动方程 流动方程 容积方程,7. 气阀,7.7 气阀弹簧 弹簧是压缩机中关键的关键。 弹簧种类: 弹簧设计:弹簧力确定,Dm,d,n,预压缩量、 自振频率,稳定性,图33 螺旋弹簧 图34 悬臂式板弹簧,7. 气阀,7.8 戴维斯法检验气阀可靠性,图35 阀片运
9、动时的特征角,1 气阀假想关闭角,即假定无气体推力时,阀片在弹簧力作用下,从全开位置降落到阀座上所需时间对应的曲柄转角.,2 阀片开始脱离升程限制器,直到活塞运动达到止点所持续的时间所对应的曲柄转角.,3 阀片到达升程限制器直至活塞到达止点这一段时间所对应的曲柄转角.,7. 气阀,7.9 变工况下的气阀设计 不同进气压力对气阀工作状况的影响,图36 进、排气阀在8MPa,12MPa,18MPa进气时的工作状况,7. 气阀,7.9 变工况下的气阀设计 不同弹簧力对气阀工作状况的影响,图37 进、排气阀在弹簧系数为1000,3000,5000N/m时的工作状况,7. 气阀,7.9 变工况下的气阀设
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