第三章往复压缩机081107.ppt
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1、第三章 往复活塞式压缩机,第一节 往复活塞式压缩机的基本结构的工作原理 第二节 往复活塞式压缩机的工作循环 第三节 排气量 第四节 功率和效率 第五节 排气温度及排气压力 第六节 多级压缩 第七节 实际气体的压缩 第八节 压缩机变工况工作及排气量调节 第九节 往复活塞式压缩机的类型及其选择,第三章 往复活塞式压缩机,第一节 往复活塞式压缩机的基本结构的工作原理,第一节 往复活塞式压缩机的基本结构的工作原理 第二节 往复活塞式压缩机的工作循环 第三节 排气量 第四节 功率和效率 第五节 排气温度及排气压力 第六节 多级压缩 第七节 实际气体的压缩 第八节 压缩机变工况工作及排气量调节 第九节 往
2、复活塞式压缩机的类型及其选择,第一节 往复活塞式压缩机的基本结构的工作原理,一、基本构成和工作原理 二、活塞式压缩机的主要部件 1. 曲轴 2. 连杆 3. 十字头 4. 气缸 5. 气阀 6. 活塞 7. 填料,一、基本构成和工作原理,膨胀(残余气体) 吸气 压缩 排气,工作原理,一、基本构成和工作原理,曲轴转一周,在汽缸里经历膨胀、吸气、压缩、排气四个过程。 活塞行程 s=2r 活塞左右的最大距离。 曲柄转角: q =0360,工作原理,一、基本构成和工作原理,一、基本构成和工作原理,一、基本构成和工作原理,一、基本构成和工作原理,一、基本构成和工作原理,一、基本构成和工作原理,特点用途广
3、泛,石油天然气加工运输中有重要地位 优点:1. 适用压力范围广,从低压到高压(350MPa)。 2. 热力效率高,功率消耗低。 3. 对于介质及排气量的适应性强, 4. 对制造机器金属要求相对不严。 缺点:1. 重量大、尺寸大、结构复杂、安装基础施工工作量大。 2. 可损件多、可靠性低。 3. 气流有脉动。 4. 转速较低,排气量受到限制。 5. 振动大。,一、基本构成和工作原理,二、活塞式压缩机的主要部件,传动机构: 曲轴、轴承、连杆、十字头、皮带轮,联轴器等。 工作机构: 汽缸、气阀、活塞及填料组件。 机体 辅助系统: 润滑、冷却、调节等,减荷阀,级间分离器,级间冷却器,皮带轮,二、活塞式
4、压缩机的主要部件,1. 曲轴,1. 曲轴,结构形状 润滑 支撑 惯性力、平衡, 连杆:,2. 连杆,作用:运动转换、力(矩)传递 结构:大头、小头、杆身 润滑:杆身中钻油孔 形状:圆形、矩形、工字形,3. 十字头, 十字头:滑块,连接连杆与活塞杆,作用:导向 连接:十字销、螺纹,4. 气缸, 气缸,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,应选用不同的结构型式和材料。,基本要求: 应具有足够的强度和刚度; 良好的冷却、润滑及耐磨性; 尽可能小的余隙容积和气体阻力; 利于制造和检修; 符合系列化、通用化、标准化的“三化”要求,以便互换,4. 气缸, 气
5、缸(冷却方式),风冷:小型压缩机。靠气缸外散热片强化散热。 水冷:大部分压缩机采用,一般为双层(或三层)缸壁结构,气阀在汽缸上的位置,径向:阀轴线与汽缸轴线垂直,余隙大; 轴向:阀轴线与汽缸轴线平行,余隙小; 斜向:阀轴线与汽缸轴线成一定角度, 余隙中。,5. 气阀, 气阀,活塞式压缩机的重要部件,也是最易损坏的部件。限制往复压缩机高速化化发展的关键问题之一。,自动阀:靠阀前后压力差实现开闭。,5. 气阀, 气阀,5. 气阀, 气阀,5. 气阀,阻力损失小; 关闭及时(弹簧力大小); 寿命长、工作可靠,阀片及弹簧; 余隙容积小,组合阀小; 噪音小。,气阀要求:,气阀型式:环状阀、网状阀、碟阀、
6、孔阀、直流阀。,5. 气阀,气阀寿命:气阀的寿命主要取决于阀片和弹簧的寿命。 压缩机运转时,阀片在阀座和升程限制器之间来回跳动、撞击,易于形成疲劳裂纹而使阀片损坏。 阀片撞击升程限制器时,弹簧变形量和变形速度很大,动应力较大,导致弹簧损坏,盘形:中低压双作用汽缸,空心,有直承面,润滑;,活塞,筒形:单作用活塞,侧向力;,6. 活塞,盘形:中低压双作用汽缸,空心,有直承面,润滑;, 活塞,筒形:单作用活塞,侧向力;,6. 活塞,盘形:中低压双作用汽缸,空心,有直承面,润滑;, 活塞,筒形:单作用活塞,侧向力;,6. 活塞,填料函 三、六瓣,密封原理:填料抱紧在活塞杆上,利用阻塞、节流实现密封。,
7、活塞杆与气缸之间的密封是通过填料函密封来实现的。,密封型式:平面填料、锥面填料。,7. 填料,三 瓣 环:径向开口可允许汽缸末的高压气进入密封室。,填料函 平面填料三、六瓣,密封原理:三六瓣均用弹簧抱紧在活塞杆上,阻塞、节流。,六 瓣 环: 轴向开口被三瓣环挡住,径向开口被三块小盖挡住。气体不会漏出反而将六瓣环压紧抱在活塞杆上。缸内压力越高抱得越紧(六瓣环)起自紧作用。,材料:耐磨铸铁、青铜;填充聚四氟乙烯。 使用压力:P100105Pa,7. 填料,填料 锥面填料,适用压力:P100105Pa,7. 填料,第一节 重点,(1)往复活塞式压缩机的工作原理 ,优、缺点。 (2)往复压缩机有哪些零
8、部件组成?传动机构、工作 腔机构、辅助系统。 (3)什么是双作用活塞,活塞有哪些种类。 (4)气阀有哪些零件组成。自动阀,环状阀。 (5)水冷气缸和风冷气缸的适用场合。 (6)十字头的作用。曲柄轴和曲拐轴的区别。 (7)连杆大、小头都与哪个零件相连。填料的作用。 (8)什么是无油润滑压缩机。,第一节 往复活塞式压缩机的基本结构的工作原理,本节完,第二节 往复活塞式压缩机的工作循环,第一节 往复活塞式压缩机的基本结构的工作原理 第二节 往复活塞式压缩机的工作循环 第三节 排气量 第四节 功率和效率 第五节 排气温度及排气压力 第六节 多级压缩 第七节 实际气体的压缩 第八节 压缩机变工况工作及排
9、气量调节 第九节 往复活塞式压缩机的类型及其选择,第二节 往复活塞式压缩机的工作循环,一、理论工作循环 1. 级的进气量 2. 压缩过程中容积、温度与压力的关系 3. 理论功率 二、实际工作循环,目的:研究主要工作参数:排气量、功率、压力、温度的 计算及关系。Q、P N、D、n,一、理论工作循环,假设: .进排气无阻力损失,无压力脉动,无热交换; .没有余隙容积; .没有泄漏; .被压缩的是理想气体,压缩过程中过程指数为常数。,一、理论工作循环,三个过程(理论循环),压缩:右左,热力学过程,吸气:左右,外止点内止点,排气:右左外止点,排气压力取决于排气管道中压力排气阀后压力(背压)。,一、理论
10、工作循环,压缩过程是一定量气体的热力过程,压缩线决定于过程指数m,活塞压缩机中,大小与压缩过程有关,有等温、绝热、多变三个过程。,一、理论工作循环,线,活塞压缩机中,一、理论工作循环,工作循环一转行程容积,i :同级缸数,S:为行程,m,:一转工作容积,理论吸气量。,1. 级的进气量,2、压缩过程中容积、温度与压力关系,由过程方程,2. 压缩过程中容积、温度与压力的关系,3. 理论功率,面积大小决定于1-2线!,线,活塞压缩机中,3. 理论功率,等温压缩过程,kW,绝热压缩过程,kW,3. 理论功率,其中看出:,多变压缩过程,kW,m:较难确定,与气缸热效率有关。热不易导出者m高,水冷比风冷好
11、,低速比高速易导出热量,小尺寸比大尺寸易导出。,大则 W大,R 大则 W大,密度小的耗功。,3. 理论功率,实际中:,汽缸端部余隙容积; 吸排气过程有阻力损失; 缸内气体有热交换。 工作过程气体有泄漏。,二、实际工作循环,二、实际工作循环,实际过程与理论过程的区别:,由于余隙容积的存在,实际工作循环由膨胀、吸气、压缩、排气四个过程组成,而理论循环无膨胀过程。 实际吸、排气过程中存在阻力损失,使实际气缸内吸气压力小于吸入管路内气压、实际气缸内排气压力高于排出管路内气压;吸、排气过程中有压力波动、温度变化。 在膨胀和压缩过程中,因为气体与气缸壁之间存在热交换,使得压缩过程指数与膨胀过程指数不断变化
12、。 压缩机工作过程中活塞环、填料、气阀不可避免存在泄漏,使指示功图面积变小,名义吸、排气压力,压比,二、实际工作循环,二、实际工作循环,等端点法:,保持位置1、2、3、4不变,用假设m、m的代替作成的过程线,过程指数叫等端点指数,指示图面积略小,估算吸气量。,过程指数的简化,二、实际工作循环,膨胀 3点不变m为常数 作 3-4 保持面积不变;1点不变m为常数 作 1-2 保持面积不变 当量过程指数,用于计算指示功。,等功法:,用指示图面积不变来简化。,过程指数的简化,二、实际工作循环,第二节 重点,(1)理论压缩循环的4点假设。 (2)往复压缩机的工作过程属于哪一种,多变,绝热 (3)理论压缩
13、循环中级的进气量,行程容积。 (4)实际循环与理论循环的区别。 (5)余隙容积及其对压缩过程的影响。,第二节 作业,作业:,第二节 往复活塞式压缩机的工作循环,本节完,第三节 排气量,第一节 往复活塞式压缩机的基本结构的工作原理 第二节 往复活塞式压缩机的工作循环 第三节 排气量 第四节 功率和效率 第五节 排气温度及排气压力 第六节 多级压缩 第七节 实际气体的压缩 第八节 压缩机变工况工作及排气量调节 第九节 往复活塞式压缩机的类型及其选择,第三节 排气量,一、排气量的定义 1. 实际容积流量(实际排气量) 2. 标准容积流量(标准排气量) 二、活塞压缩机的吸气量 三、活塞压缩机的排气量
14、1. 泄漏系数ll 2. 实际排气量Q 3. 影响排气量的因素 四、凝析和凝析系数,第三节 排气量,四、凝析和凝析系数 1. 凝析条件 2. 凝析系数 五、气缸的工作容积及缸径的确定,1. 实际容积流量(实际排气量) 经压缩机压缩并在标准排气装置排出的气体过程流量,换算到一级吸气口标准吸气位置的温度、压力状态下的气体容积值。,一、排气量定义(实际与标准两种),压缩机铭牌标识:额定排气量,特定进口状态(进气压力=105 Pa、温度=20)的排气量。,一、排气量的定义,2. 标准容积流量(标准排气量),思考:如一个常压吸气 1 m3/min,一个循环机150105 Pa状态下吸气1 m3/min,
15、哪一个吸气量多?,将压缩机压缩量排出的气体在标准排气装置的实际容积流量,换算到标准工况(760mmHg,0)的干气容积值,叫标准排气量,也称供气量。,压缩机实际排气量表征压缩机的大小,而不表明压缩机 所能提供的有效气体数量。,一、排气量的定义,工作循环一转行程容积,i :同级缸数,S:为行程,m,:一转工作容积,理论吸气量。,二、活塞压缩机的吸气量,二、活塞压缩机的吸气量,理论吸气量 Vh :一转吸气量,行程容积,工作容积。,实际:余隙,阻力损失及热交换,吸气量小于Vh。,缸内:压力P温度T变化的,标准位置固定。,吸气量:折算到标准吸气装置状态(P、T温度)的气体体积。,二、活塞压缩机的吸气量
16、,名义吸气状态,吸入气体少了:,二、活塞压缩机的吸气量,分析实际工作循环!,外止点:余隙容积Vc,内止点: 余隙容积膨胀:Vc+V,容积系数:,气缸内总容积:Vc+ Vh,(3-11),吸气终了A点 :,余隙容积的存在 :,换算到标准吸入状态:,二、活塞压缩机的吸气量,压力系数:,温度系数:,换算到标准吸入状态:,二、活塞压缩机的吸气量,1. 容积系数v,m:膨胀过程系数,1. 容积系数v,余隙气体的膨胀过程:,影响因素:、m ; 气缸余隙容积的存在使得v1。,1. 容积系数v,(3-13), 相对余隙容积,活塞止点与气缸盖轴向间隙 活塞外缘与气缸内径径向间隙 气体通道 阀窝容积、气阀内部容积
17、 示功孔 容纳活塞螺栓剩余空间,1. 容积系数v,1. 容积系数v, 相对余隙容积,由止点间隙,活塞节一环前环形,阀窝及气阀管道组成,阀窝及气阀管道占1/2; 气阀结构:环片、网状小,直流阀大,组合阀最小; 气阀位置:轴向小、径向大、斜向居中; 相同时,高转速短行程, 值大, 中, 相差不大而 小。 D大压比小小,D小压比大大 。, 压力比,大:残余气体膨胀后所占容积大,v小,极限压力比:残余气体膨胀后占据整个工作容积Vh,1. 容积系数v,压力比对容积系数影响, 膨胀过程指数m:,在工程中用等端点过程指数代替实际膨胀指数。,气放热,气吸热,m 越小,吸热越多,膨胀线平坦, v小。,m越大,膨
18、胀线陡, 大,1. 容积系数v,膨胀过程指数对溶剂系数影响,2. 压力系数,影响因素:弹簧力:过强则提前关闭,活塞到内止点下降大。,吸气终了时状态:与管道及气阀容积有关,,2. 压力系数p,3. 温度系数,缸壁温度约为吸排气温度的平均值,吸入新气从汽缸壁吸收了热量,温度升高,,气体比容,折合到标准吸气状态的吸气量就减少,,影响因素:气体性质:导热性、缸壁温度:冷却好坏,3. 压力系数T,1. 泄漏系数,单级,多级,主要是填料、活塞、气阀的严密性,质量好、密封可靠,取高值 高压级、级数多,取低值 无油润滑,取低值 气体分子、粘度小,取低值,第 i 级及本级以后各级泄漏量之和,内泄漏 外泄漏,三、
19、活塞压缩机的排气量,排气系数:,实际排气量:,多级压缩机:整台机器的排气量取决于一级缸吸气量,2、实际排气量,3. 影响排气量因素,以干空气和水蒸气分析,1. 凝析条件,a、绝对湿度:每 湿空气中的含水蒸气的质量, 即水蒸气在该T、pb下的密度,Pb、 P实际、饱和蒸汽压,四、凝析和凝析系数,1. 凝析条件,经冷却,1. 凝析条件,2、凝析系数,分压定律:多组分混合气体的压力等于各组分气体的分压之和。 总容积分压力=总压力分容积,一级吸入干气 干气分压 干气容积,i级吸入干气 干气分压 干气容积,不考虑泄漏,不论析出多少凝液,干气容积不变(一级吸入状态),定义,I级i级吸气压力 I级i级吸入温
20、度饱和蒸气压, I级i级相对温度, I级i级吸入湿容积(一级吸入状态),2、凝析系数,无析出前,若干级吸入后(三级)凝液已很少,可忽略, 很小,被压缩介质中有可凝组分,按气液相平衡关系计算,d不 影响整机排量,排气量是一级吸入状态湿容积,并不扣除 凝液,试车中测出排气量,并将分离器放出的凝液换成一 级吸入状态气量计算。 若有抽出气,还应加上抽气量。,2、凝析系数,要求供气量时(标准状态供气量)QN,干气量,2、凝析系数,例、已知3L10/8空压机,一级吸入,经冷却, 一级 中冷 二级,例题3-4,二级吸入前有凝液析出,= 0.981,例题3-4,五、气缸的工作容积及缸径的确定,排气量Q 各级缸
21、工作容积(行程容积)各级气缸直径,第i级:状态换算加入di,一级缸工作容积,行程容积气缸直径之间的几何关系:,1. 单作用筒形活塞:,2. 双作用盘形活塞:,,,3. 级差活塞:按几何关系进行计算。,五、气缸的工作容积及缸径的确定,注 意: (1)d初选强度校核后再改变,可在压缩机三化标准中根据 活塞力大小查及。 (2)缸经圆整,缸径有系列:20、21、22、24、25、26、 28、300、310、320、330、1000、1030、 1060、1100。,五、气缸的工作容积及缸径的确定,第三节 重点,(1)什么是压缩机的吸气量、排气量、供气量? (2)影响排气量的因素有哪些?排气量的计算。
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