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1、第六章第六章 活塞式压缩机泵活塞式压缩机泵6 活塞式空气压缩机w用于：n主机起动、换向；发电柴油机起动n为其它需要压缩空气的设备和气动工具供气n在检修工作中用来吹洗零部件、滤器等w空压机的排气量n是指其在单位时间内所排送的相当于第一级吸气状态的空气体积。单位是m3s、m3min或m3hn公称排气量是指在额定排气压力时的排气量w分类：n有低压(0.21.0 MPa),中压(110 )和高压(10100)n为微型(小于1 m3min)、小型、中型和大型w工作压力为3MPa左右，低压场所由减压阀供气w有一台柴油机驱动的微型应急空压机。w第一节第一节w活塞式空压机的工作原理活塞式空压机的工作原理6-1
2、-1 活塞式空压机理论工作循环w假定：n(1)气缸没有余隙容积n(2)吸、排气过程没有压力损失和压力脉动n(3)吸气过程气体与缸壁无热交换n(4)工作过程无气体漏泄n(5)被压缩的是理想气体，压缩过程状态方程指数不变w以缸内P为纵坐标，以缸内容积V为横坐标，理论工作循环如图所示。6-1-1 活塞式空压机理论工作循环w吸气过程-活塞从上向下n气缸内压力始终与吸入管中压力Ps相等n最大吸气容积是气缸工作容积Vp，曲线6-1w压缩过程-活塞回行nK1关闭，气体被压缩n当P升高到Pd时，K2开启，曲线12w排出过程-活塞继续上行nK2开启，气体排出n缸内P不变，直到上止点n曲线236-1-1 活塞式空
3、压机理论工作循环w绝热过程(adiabatic compressionn过程线12按气体与缸壁不存在任何热交换的作出w等温过程(isothermal compression)n冷却良好，缸内气体T不变，n压缩线如l2”所示w多变压缩过程n实际压缩在等温和绝热之间n过程线12w过程线4123所包围的面积，代表每一循环耗功w可见，等温过程，压缩机耗功最省。6-1-2 影响实际循环的因素w(1)余隙容积的影响n防活塞与缸盖碰撞，活塞到上止点时有余隙n气阀通道也有一定容积n余隙容积是活塞在上止点时缸内残留气体的全部容积，用Vc表示n活塞回行时，气体膨胀n当缸内压力降至低于吸入管压力Ps一定值时(流动阻
4、力)，气体顶开K1进入缸内n曲线3一46-1-2 容积系数w是按气体进口状态计算的，如图中V，所示。w余隙容积Vc使压缩机排气量减少的程度可用容积系数v来衡量：w相对余隙容积VcVp一般为：n低压级为0.070.12n中压级为0.090.14n高压级为0.110.16表6-1 空压机气缸余隙的一般范围w使用中，余隙有可能增大而使v降低。检修时应该用压铅法检查余隙大小，不符合说明书要求时必须对症修理气缸直径mm余隙mm55900.400.55901200.500.651201500.600.751502000.70一1.06-1-2 进排气阻力的影响w在吸气过程中n由于流动阻力，缸内P要比Ps低
5、。n吸入行程终了，缸内压力为P1n活塞回行一段距离后，缸内P才能升到Ps，减少了V”w压力系数 pn表示吸气过程的压力损失使排气量减少的程度6-1-2 进排气阻力的影响n第一级 p =0.95 0.98n第二级 p=0.981.0。w在排出行程中n缸内P也要比Pd略高w由于吸、排气阻力的影响，耗功将增加(阴影部分)，而排气量则减少。6-1-2 吸气预热的影响w气体被压缩后温度升高，使气阀、缸盖、缸壁和活塞的温度都升高w在吸气过程中，气体被热的机件加热，吸入终了时其温度比在吸气管中升高，比容也增大，如折算到进口状态，每转排气体积又要损失一部分，称为预热损失w预热损失使压缩机排气量减少的程度可用温
6、度系数t来衡量wt随压力比的增高而降低，w一般t=0.900.956-1-2 漏泄的影响w由于气阀、活塞环等密封不严而造成泄漏，使排气量进一步损失w漏泄使压缩机排气量减少的程度可用气密系数l来衡量，一般l=0.900.98。w在压缩过程和余隙容积气体的膨胀过程中，由于气体温度不断变化，与缸壁热量交换的多少及热量的流向也在不断变化，其过程指数是不断改变的w在理论研究时为方便计算起见，都以恒定的多变过程指数来代替6-1-2 排气量和输气系数w理论排气量就是第一级的活塞行程容积w对单作用气缸的压缩机来说w式中：lD第一级的气缸直径，m；S第一级的活塞行程，m；ln第一级的压缩机转速，rmin；Z 第
7、一级气缸的数目。w实际Q小于Vc。比值QVc称为输气系数(), 即Q=Vt = Vt v p t ll一般在0.650.80w压力比Pd/Ps增加，则明显降低n余隙容积和漏泄引起的流量损失增加n气缸T升高，预热损失增加。6-1-2 压缩机功率w通过示功器在运转的压缩机上可测出示功图w图中实际循环所包围的面积即表示每一循环所耗指示功w指示功率-按示功图计算得到的功率，用Pi表示n等温理论功率(用PT表示)n绝热理论功率(用Ps表示)6-1-2 压缩机效率w指示效率反映了实际气体由吸、排气阻力及气体摩擦、旋涡等造成的总能量损失的大小w等温指示效率还反映冷却达不到理想的等温压缩而附加的能量损失，它比
8、绝热指示效率更低w运动部件要要消耗功率，轴功率大于指示功率，二者之比称为机械效率，用m表示m = Pi/Pw压缩机总效率为理论功率与轴功率之比n等温总效率(用T表示) iT = iT m n绝热总效率(用s表示) is = is m 6-1-3 多级压缩w排出压力较高时采用多级压缩，并有级间冷却器。w图示为二级空压机流程示意6-1-3 二级压缩理论工作循环w采用单级压缩n当吸入压力为Ps，排出压力为Pd时n理论工作循环如padfp所示。w采用二级压缩机n低压理论循环如oabno所示n高压理论循环如cefmc所示6-1-3 用多级压缩和级间冷却原因w(1)降低排气温度n单级压缩在压力比比较大时，
9、压缩终点d的气体T太高l缸内T太高会降低滑油粘度，使润滑和密封性能下降l使滑油分解l在缸内及气阀上形成结碳，加剧磨损(在180210尤为严重)l当温度超过滑油闪点时，甚至会有爆炸危险n因此，国内一般规定：l固定式压缩机排气温度不超过160l移动式压缩机不超过180l二级压缩由于经过中间冷却，其压缩终点e的温度比单级压缩终点d的温度要低得多。6-1-3 用多级压缩和级间冷却原因w (2)提高输气系数n单级压缩时， 随压力比增加迅速下降l余隙容积等因素影响使气缸有效吸气容积减少n二级压缩时有效吸气容积由pa增长至oa。w(3)节省压缩功n二级每工作循环理论上所节省压缩功为面积cbdec与opmno
10、之差。6-1-3 用多级压缩和级间冷却原因w(4)减轻活塞上的作用力n单级压缩l一次达到要求的Pd，活塞受力大，运动部件笨重，轴承负荷大，维修也不方便n多级压缩l只有尺寸较小的高压级承受高压l但级数增加使构造复杂，体积和重量增加。而且管路、中间冷却器和气阀总阻力会增加，机械效率也会降低，因而实际效益要比理论小l如果级间冷却不良，则降低排气T和减少压缩功的效果变差l每级的最佳压力比应选择使该级等温指示效率最高为宜l压力比一般应在24范围内l如P在3MPa，一般为二级压缩思考题w1.什么叫空压机的输气系数?它主要受哪些因素影响? w 2，活塞式空压机需要冷却的有哪些方面?各起何作用?w 3活塞式空气压缩机余隙容积的作用是什么?w 4空气压缩机采用多级压缩中间冷却有何意义?w 5空气压缩机的多级压缩对压缩过程有何影响?6-1-3 用多级压缩和级间冷却原因w各级压力比的分配主要依据省功原则n各级压力比相等时各级耗功也相等，总耗功最省n实际上，一般后级压力比选得比前级小l因为后级比前级冷却效果差，同时后级吸气温度因中间冷却不充分而比前级高，若采用同样压力比，后级的耗功会较大，总耗功不会最省，排气温度也会更高l此外，后级的相对余隙容积较大，采用与前级同样的压力比其容积损失也会较大。
