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1、2. 容积式压缩机Positive Displacement Compressor )主讲内容：2.1 容积式压缩机概述2.2 热力性能、性能参数计算2.3 往复活塞式压缩机动力学计算2.4 往复式压缩机排气量调节2.5 其他容积式压缩机2. 容积式压缩机Positive Displacement Compressor )2.1 容积式压缩机概述容积式流体机械Positive displacement fluid machinery)靠泵腔容积的变化来吸入与排出介质,来转换能量的为。主要有：容积式压缩机；容积泵卧式 往复式活塞式柱塞式隔膜式(reciprocating)单缸-f 双缸-多缸单级
2、双级多级单作用双作用-差动立式n式H式V式 100 MPa3)按容积流量分(2) 按排气压力分：三螺杆；四螺杆；五螺杆。p 1MPa 微型压缩机：q 1v图322罗茨鼓风机转子结构;(b)三叶螺旋齿叶型小型压缩机：q = 1 10v分类：(1)按结构分：中型压缩机：=10100血min大型压缩机：vmin容积式流体机械的特点优点：压力范围宽。有真空；低压；中压；高压；超高压。高压、超高压必须用容积式。工业中有700MPa,液体达到：1000MPa（实验室内）。 效率高。热效率达80%以上。 适应性强，可输送各种介质。 品种多样，适应各种工况及用途。缺点： 结构较复杂，易损件多。 排出不连续，产
3、生脉动，往复惯性力。 转速低，排量小。 介质易受油污染。结构：1. 曲轴2. 连杆3. 十字头4. 活塞杆5. 活塞6. 气缸7. 缸头8. 进气阀9. 排气阀10. 机体等2.1.1 往复式压缩机结构与工作原理结构类型 主要部件：曲轴、连杆、十字头、活塞杆、活塞、气缸、缸头、进排阀等 辅助部件：润滑系统、冷却系统、飞轮、机壳、机座等。 动力端：飞轮、曲轴、连杆、十字头。功用：传递动力，由旋转运动转化为往复运动。 液力端（工作端）：活塞杆、活塞、气缸、缸头、进排气门阀等 功用：对介质作功，由机械能转化为流体能。机型：卧式；立式；L型；V型；H型等。工作机：往复压缩机；往复泵 （课程内容） 原动
4、机：柴油机；汽油机 等（课外内容）动力端基本相同。 飞轮、曲轴、连杆 一样。 工作端也基本相同。 活塞杆、活塞、气缸 基本一样。 不相同的有：缸头与进排气门阀 （结构上差别）（1）气门阀 压缩机阀：环状阀、网状阀、碟形阀、条状阀、直流阀、多层环状阀、菌状阀等 泵阀： 锥形阀；球阀；环状阀；球面阀；新型阀等。 发动机阀：杆式气阀（2）活塞环密封活塞环材料：灰铸铁；球墨铸铁；合金铸铁；铜合金；石墨填, 充聚四氟乙烯；环氧树脂等。 一般三道活塞环便可以密封。活塞形状：筒形；盘形；级差形；组合形 等。活塞材料：铸铝：ZL7； ZL8； ZL10（发动机）铸铁： HT200； HT250； HT300
5、（压缩机）铸钢： 20； A3； 16Mn； ZG25B （高压泵）（3）润滑系统功用：减磨损，延寿命，降耗功，防锈蚀，降温升。 飞溅润滑：曲柄连杆旋转飞溅润滑油。 喷雾润滑 ：喷嘴雾化喷淋润滑。 压力润滑 ：泵压润滑。 润滑油种类：机械油；压缩机油；制冷机油；油脂；环烷基油； 石蜡基油；硅酮油。（4）冷却系统功用：降低温度，防止过热，减少功耗。 压缩机在压缩气体时，气体的体积缩小，温度升高。 风冷：空气冷却。机身上有散热片，风扇等。 水冷：强制冷却。缸体上有水套、管路，泵压水循环系统。 发动机（柴油机、汽油机） 爆炸作功时也放出大量的热。但这个热对于原动机来说是有利的。2.2 热力性能、性能
6、参数计算2.2.1 理论压缩循环理论压缩的假设： 气缸内气体能全部排出。 进气、排气过程中，压力温度都不变。 压缩过程指数一定，k , m值不变。 气缸无泄漏。 满足上面四条的为：理论压缩循环理论压缩循环经过三个压缩过程： 进气过程：4-1线，吸气压力不变P,最大进气量V。 压缩过程：-2线，压力升高，容积减少，最高压力P2 排气过程： 2-3 线，排气压力不变 P2 ，缸内气体排出吸气压缩排气为一个循环，或一个冲程。曲轴旋转一周，活塞一个往复，完成一个理论压缩循环。（ 一）理论进气量气缸直径D,冲程长度（活塞行程）S S=2r （曲柄半径） 活塞行程容积： Vh ,进气容积： V1一个理论循
7、环的进气量：V1= Vh = ApSAP 活塞面积，m 2单作用气缸：V = A - s = D2 - s1 p 4双作用气缸：vi=4 （2d2 -d2）sm3冲d-活塞杆直径，m 单作用级差气缸：V = D2 s14每分钟理论进气量：单作用：V = n A s = n D2s m3.1p4/mm双作用：V = n Cd2 - d2 2 m3/ .14mm每分钟活塞冲程次数 n （冲/分）= 曲轴的转速 n （ r/min）（二）理论压缩循环功气体压缩，体积减少，温度升高，热量散发。致使这个热力过程的能量计算较复杂，热力学中给 出了五种计算方法：等容过程、等压过程、等温过程、等熵过程、多变过
8、程 理想气体状态方程式：pv = RTpV = MRT式中：R=8314/p ； p 气体分子量；uT绝对温度，T= t+273 K气体比容m3kgV气体容积m3。M气体质量kg(1) 等温过程在压缩过程中，气体温度不变，T=常数。状态方程式：由：pv = RT 、 pV = MR TpVk =常数pVk = pVk = p Vk(pV = MRT; pV = MRT )11 2 2 11 1T=T1IV2丿1k-1k循环过程功 Wi进气过程功： p1V1Wi排气过程功： - p2V2压缩过程功：f2 pdV1取外力作功为正=p V - p Vii 2 2+ f2 pdV = -f p2Vdp
9、 = -f p2ipipi:.W = p V Inp Ji i i p1VW = MRT Inii V2p , p - -进 、 排 气 压 力 p，1 2 aV ,V 进气体积、排出体积3,12(2) 绝热过程压缩过程中，气体与外界无热量交换， q=0 。由： pv=RT 、绝热过程方程式：pV =常数pV=pV =pV =MRT =MRTii 2 2i2pV = MRTpV2ik绝热指数，只随温度变化。Ck = p C 等压比热；C 等容比热 Cpvv单原子气体：k=1.661.67 双原子气体： k=1.40 1.41 多原子气体： k= 1.10 1.30理论循环过程功 WikW =J
10、 p2Vdp =pVi Pk - 1 1p1k 1f P 2IP1丿k-1k - 1W =-MR(T - T )Ji k - 12 13）多变过程非等温、非绝热下的相对较实际的压缩过程。 多变过程方程式：pV m = 常数pV m = pV m= p V m （m - -多变指数）m22m-1mf V A m-1Tf 1T （V12理论压缩循环功（多变过程）P2 =p1p=2IP1丿W =J p2 Vdp =ip1mm-1pV(PI P1丿m-1mW=imm-1MRT1I P1丿m-1m -1往复活塞式压缩机常采用水冷和风冷。般：lVmVk高压气缸级：mk三种压缩过程比较： 等温压缩过程用功最
11、少，采用强制冷却,保持气缸温度不变。 绝热压缩过程用功最多。 多变压缩过程用功在两者之间，较符合实际。气体压缩机采用水冷或风冷目的减少温度的变化2.2.2 级的实际压缩循环气缸内实际压缩循环的示功图：实测 abcd 图面积为实际压缩循环功。主要特点： 气缸内有余隙容积 V0 存在。V0 内的剩余气体在压缩时被压缩，吸气时它先膨胀。使循环过程出现一个膨胀过程，膨胀线 cd 。四个过程为一个循环：吸气压缩排气膨胀缸内余隙有： 活塞与气缸端部间隙。23 mm 活塞与气缸环形间隙。 0.51mm 进、排气门阀通道，测压表管道。 活塞帽凹槽 等。 进、排气门阀阻力，使进气压力和排气压力产生波动。 进气时
12、，气流需要克服阀片弹簧阻力，使进气压力 pp2 同样，阀片颤振，出现压力线波动。p 为克服气门阀片压紧弹簧所需的压力。 压缩过程与膨胀过程存在不稳定的热交换，使压缩曲线与膨胀 曲线不是稳定的 m 值。（多变指数 m 是变化的） 压缩线 ab 开始段：气体吸热 mk 中间段：不传热m=k结束段：气体放热 mk中间段：不传热n=kn膨胀指数结束段：气体吸热 nknm 气缸内存在气体泄漏，使压缩线与膨胀线变的平坦。 外泄漏：活塞环、活塞杆填料函、第一级进气阀。 内泄漏：排气阀、后面各级进气阀。2.2.3 级的进气量与排气量（一）实际进气量 VSO活塞行程容积： Vh= VS hS余 隙 容 积： Vo o余隙膨胀容积：AV】按多变膨胀过程分析：（即:二 P （V +AV ）3 0401p Vn 二 p（V +AV ）n2 0 1 0 1f 、丄AV = V10P nI P1丿若膨胀到4点开始吸气。（n膨胀指数） 实际进气容积：(AV)V二V AV 二 1 1V丿sss入v 容积系数，表征行程容积有效利用率。入匸1vV$式中：Va = oVs(P2,V 二九-Vvs(p 1
