61活塞式空压机的工作原理副本课件.ppt

能源与动力工程学院能源与动力工程学院轮机工程系轮机工程系能源与动力工程学院船舶辅机船舶辅机Marine Auxiliary Machinery电子教案赵在理船舶辅机第一篇第一篇 船用泵和空气压船用泵和空气压缩机缩机第一篇 第六章第六章 活塞式压缩机活塞式压缩机泵泵第六章 6 活塞式空气压缩机Ø用于：Ø主机起动、换向；发电柴油机起动Ø为其它需要压缩空气的设备和气动工具供气Ø在检修工作中用来吹洗零部件、滤器等Ø空压机的排气量Ø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m3／s、m3／min或m3／hØ公称排气量是指在额定排气压力时的排气量Ø分类：Ø有低压(0.2～1.0 MPa),中压(1～10 )和高压(10～100)Ø为微型(小于1 m3／min)、小型、中型和大型Ø工作压力为3MPa左右，低压场所由减压阀供气Ø有一台柴油机驱动的微型应急空压机6 活塞式空气压缩机用于：Ø第一节第一节Ø活塞式空压机的工作原理活塞式空压机的工作原理第一节6-1-1 活塞式空压机理论工作循环Ø假定：Ø(1)气缸没有余隙容积Ø(2)吸、排气过程没有压力损失和压力脉动Ø(3)吸气过程气体与缸壁无热交换Ø(4)工作过程无气体漏泄Ø(5)被压缩的是理想气体，压缩过程状态方程指数不变Ø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假定：6-1-1 活塞式空压机理论工作循环Ø吸气过程-活塞从上向下Ø气缸内压力始终与吸入管中压力Ps相等Ø最大吸气容积是气缸工作容积Vp，曲线6-1Ø压缩过程-活塞回行ØK1关闭，气体被压缩Ø当P升高到Pd时，K2开启，曲线1—2Ø排出过程-活塞继续上行ØK2开启，气体排出Ø缸内P不变，直到上止点Ø曲线2—36-1-1 活塞式空压机理论工作循环吸气过程-活塞从上向下6-1-1 活塞式空压机理论工作循环Ø绝热过程(adiabatic compressionØ过程线1—2按气体与缸壁不存在任何热交换的作出Ø等温过程(isothermal compression)Ø冷却良好，缸内气体T不变，Ø压缩线如l—2”所示Ø多变压缩过程Ø实际压缩在等温和绝热之间Ø过程线1—2‘Ø过程线4123所包围的面积，代表每一循环耗功Ø可见，等温过程，压缩机耗功最省6-1-1 活塞式空压机理论工作循环绝热过程(adiaba6-1-2 影响实际循环的因素Ø(1)余隙容积的影响Ø防活塞与缸盖碰撞，活塞到上止点时有余隙Ø气阀通道也有一定容积Ø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Ø活塞回行时，气体膨胀Ø当缸内压力降至低于吸入管压力Ps一定值时(流动阻力)，气体顶开K1进入缸内Ø曲线3‘一4’6-1-2 影响实际循环的因素(1)余隙容积的影响6-1-2 容积系数Ø是按气体进口状态计算的，如图中V，所示。

Ø余隙容积Vc使压缩机排气量减少的程度可用容积系数λv来衡量：Ø相对余隙容积Vc／Vp一般为：Ø低压级为0.07～0.12Ø中压级为0.09～0.14Ø高压级为0.11～0.166-1-2 容积系数是按气体进口状态计算的，如图中V，表6-1 空压机气缸余隙的一般范围Ø使用中，余隙有可能增大而使λv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／mm55~900.40～0.5590~1200.50～0.65120~1500.60～0.75150~2000.70一1.0表6-1 空压机气缸余隙的一般范围使用中，余隙有可能增6-1-2 进排气阻力的影响Ø在吸气过程中Ø由于流动阻力，缸内P要比Ps低Ø吸入行程终了，缸内压力为P1’Ø活塞回行一段距离后，缸内P才能升到Ps，减少了ΔV”Ø压力系数λ pØ表示吸气过程的压力损失使排气量减少的程度6-1-2 进排气阻力的影响在吸气过程中6-1-2 进排气阻力的影响Ø第一级 λ p =0.95 ～ 0.98Ø第二级 λ p=0.98～1.0Ø在排出行程中Ø缸内P也要比Pd略高Ø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 进排气阻力的影响第一级 λ p =0.956-1-2 吸气预热的影响Ø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Ø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Ø预热损失使压缩机排气量减少的程度可用温度系数λt来衡量Øλt随压力比的增高而降低，Ø一般λt=0.90—0.956-1-2 吸气预热的影响气体被压缩后温度升高，使气阀、缸盖6-1-2 漏泄的影响Ø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Ø漏泄使压缩机排气量减少的程度可用气密系数λl来衡量，一般λl=0.90—0.98Ø此外，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Ø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 漏泄的影响由于气阀、活塞环等密封不严而造成泄漏6-1-2 排气量和输气系数Ø理论排气量就是第一级的活塞行程容积Ø对单作用气缸的压缩机来说Ø式中：ØD—第一级的气缸直径，m；S—第一级的活塞行程，m；Øn—第一级的压缩机转速，r／min；Z —第一级气缸的数目。

Ø实际Q小于Vc比值Q／Vc称为输气系数(λ), 即Q=Vt λ= Vt λv λp λt λlØλ一般在0.65—0.80Ø压力比Pd/Ps增加，则λ明显降低Ø余隙容积和漏泄引起的流量损失增加Ø气缸T升高，预热损失增加6-1-2 排气量和输气系数理论排气量就是第一级的活塞行程6-1-2 压缩机功率Ø通过示功器在运转的压缩机上可测出示功图Ø图中实际循环所包围的面积即表示每一循环所耗指示功Ø指示功率-按示功图计算得到的功率，用Pi表示Ø等温理论功率(用PT表示)Ø绝热理论功率(用Ps表示)6-1-2 压缩机功率通过示功器在运转的压缩机上可测出示功图6-1-2 压缩机效率Ø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Ø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，它比绝热指示效率更低Ø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ηm表示ηm = Pi/PØ压缩机总效率为理论功率与轴功率之比Ø等温总效率(用ηT表示) ηiT = ηiT ηm Ø绝热总效率(用ηs表示) ηis = ηis ηm 6-1-2 压缩机效率6-1-3 多级压缩Ø排出压力较高时采用多级压缩，并有级间冷却器。

Ø 图示为二级空压机流程示意6-1-3 多级压缩排出压力较高时采用多级压缩，并有级间冷却6-1-3 二级压缩理论工作循环Ø采用单级压缩Ø当吸入压力为Ps，排出压力为Pd时Ø理论工作循环如padfp所示Ø采用二级压缩机Ø低压理论循环如oabno所示Ø高压理论循环如cefmc所示6-1-3 二级压缩理论工作循环采用单级压缩6-1-3 用多级压缩和级间冷却原因Ø(1)降低排气温度Ø单级压缩在压力比比较大时，压缩终点d的气体T太高Ø缸内T太高会降低滑油粘度，使润滑和密封性能下降Ø使滑油分解Ø在缸内及气阀上形成结碳，加剧磨损(在180—210℃尤为严重)Ø当温度超过滑油闪点时，甚至会有爆炸危险Ø因此，国内一般规定：Ø固定式压缩机排气温度不超过160℃Ø移动式压缩机不超过180℃Ø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(1)降低排气温度6-1-3 用多级压缩和级间冷却原因Ø (2)提高输气系数Ø单级压缩时， λ随压力比增加而迅速下降Ø余隙容积等因素影响使气缸有效吸气容积减少Ø二级压缩时有效吸气容积由pa增长至oaØ(3)节省压缩功Ø二级每工作循环理论上所节省压缩功为面积cbdec与opmno之差。

6-1-3 用多级压缩和级间冷却原因 (2)提高输气系数6-1-3 用多级压缩和级间冷却原因Ø(4)减轻活塞上的作用力Ø单级压缩Ø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Ø多级压缩Ø只有尺寸较小的高压级承受高压Ø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Ø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Ø每级的最佳压力比应选择使该级等温指示效率最高为宜Ø压力比一般应在2～4范围内Ø如P在3MPa，一般为二级压缩6-1-3 用多级压缩和级间冷却原因(4)减轻活塞上的作用力思考题Ø1.什么叫空压机的输气系数?它主要受哪些因素影响? Ø 2，活塞式空压机需要冷却的有哪些方面?各起何作用?Ø 3．活塞式空气压缩机余隙容积的作用是什么?Ø 4．空气压缩机采用多级压缩中间冷却有何意义?Ø 5．空气压缩机的多级压缩对压缩过程有何影响?思考题1.什么叫空压机的输气系数?它主要受哪些因素影响? 6-1-3 用多级压缩和级间冷却原因Ø各级压力比的分配主要依据省功原则Ø各级压力比相等时各级耗功也相等，总耗功最省Ø实际上，一般后级压力比选得比前级小Ø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Ø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。

6-1-3 用多级压缩和级间冷却原因各级压力比的分配主要依据61活塞式空压机的工作原理 副本课件。