第四章 压缩机

《第四章 压缩机》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第四章 压缩机（44页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、Marine Auxiliary MachineryMarine Auxiliary Machinery 1第四章第四章 压缩机压缩机空气压缩机是舰船安全航行、保持战斗力和争取生存力的重要设备 船用压缩机的工质主要是空气和制冷剂，特种船舶上还配有二氧化碳压缩机。本章介绍空气压缩机 压缩空气用途 启动作为舰船主机的柴油机 操纵大型柴油机的换向机构和轴系离合器 吹洗精密机件、管路、海底阀、锅炉烟道报警系统、自动控制系统和风动工具的能源 充填压力水柜 舰艇上的火炮操纵和鱼雷发射Marine Auxiliary MachineryMarine Auxiliary Machinery 2第一节第一节 活

2、塞式压缩机的特点和分类活塞式压缩机的特点和分类活塞压缩机优点：压力范围广，从低压到超高压都适用。工业中使用的最高压力已达350MPa，实验室中达1000MPa 效率高。绝热效率，大型的达8085%，小型的为6570% 适应性强。排气量调节时排气压力几乎不变，可在较大范围内选择排气量，特别是排气量较小时，速度型压缩机很困难，甚至是不可能 主要缺点是：体积大而且重，气流有脉动性，易损零件较多，流量较小，单机排气量一般小于500m3/min 一、特点Marine Auxiliary MachineryMarine Auxiliary Machinery 3二、分类气缸形式立式L卧式W角度式V级数单级

3、多级工质空气（空压机）制冷剂其他气体冷却方式水冷风冷（空冷）排气压力活塞压缩机分类低压：310bar中压：10100bar高压：100bar以上排气量微型：100m3/minMarine Auxiliary MachineryMarine Auxiliary Machinery 4第二节第二节 工作原理工作原理理论工作循环假设无余隙容积，无气体泄漏，气阀关闭及时余隙容积：活塞上死点时活塞与缸盖间的空间气体在进排气过程中状态不变，且没有摩擦损失气体压缩时的指数不变Marine Auxiliary MachineryMarine Auxiliary Machinery 5绝热12:气体与缸壁不存在

4、热交换 多变12:缸壁有一定程度的冷却 等温12:缸内气体温度始终不变等温压缩做功最小，多变压缩其次，绝热压缩最大VP1222340压缩吸气41，活塞到达右止点排气23，活塞到达左止点每循环所消耗的功可用PV图上的面积4123表示 pspd理论工作循环Marine Auxiliary MachineryMarine Auxiliary Machinery 6二、实际工作循环二、实际工作循环Marine Auxiliary MachineryMarine Auxiliary Machinery 71 1余隙容积余隙容积V Vc c的影响的影响 排气结束，排气结束，V Vc c中气体膨胀，当缸内压

5、力低于吸入管中中气体膨胀，当缸内压力低于吸入管中压力压力p ps s一定值时一定值时( (阻力阻力, ,吸气阀弹簧力吸气阀弹簧力) )，气体吸入缸内。由，气体吸入缸内。由3344表示。表示。每转减小的排气体积按进口状态计算，每转减小的排气体积按进口状态计算， 用用VV表示，表示，V Vp p气缸工作容积气缸工作容积 V Vc c使排气量减少的程度用使排气量减少的程度用容积系数容积系数v v表示表示 pppvVVVVV-相对余隙容积相对余隙容积V Vc c/V/Vp p。低压级。低压级:0.07:0.070.120.12，中压级中压级:0.09:0.090.140.14，高压级，高压级:0.11

6、:0.110.160.16V Vc c/V/Vp p越大或压力比越大或压力比p pd d/p/ps s越高，越高，v v越小。一般越小。一般v v=0.65=0.650.90 0.90 Marine Auxiliary MachineryMarine Auxiliary Machinery 8气缸直径/mm余隙/mm55900.400.55901200.500.651201500.600.751502000.701.0船用空压机气缸余隙的一般范围 保留余隙容积原因防止活塞与缸盖相碰防止水击事故减少阀片所受的冲击力Marine Auxiliary MachineryMarine Auxiliar

7、y Machinery 92 进排气阻力的影响进排气阻力的影响 吸气时，气流要克服气阀的弹簧力以及流动阻力，实际吸气时，气流要克服气阀的弹簧力以及流动阻力，实际进气压力低于名义进气压力，进气阀在点进气压力低于名义进气压力，进气阀在点44而不是在点而不是在点44打开；打开；吸气终了压力吸气终了压力p p1 1要达到名义吸气压力要达到名义吸气压力p ps s需要经过一段预压缩这需要经过一段预压缩这相当于有效行程容积缩小到相当于有效行程容积缩小到V V阻力损失对吸气能力的影响用阻力损失对吸气能力的影响用压力系数压力系数p p表示表示 sPppVV1 =影响影响p p的主要因素是进气阀的弹簧力和进气管

8、中的压力波动的主要因素是进气阀的弹簧力和进气管中的压力波动过强的弹簧使气阀提前关闭，降低缸内气体压力过强的弹簧使气阀提前关闭，降低缸内气体压力p p1 1 ，使，使p下降下降Marine Auxiliary MachineryMarine Auxiliary Machinery 10进气管压力波动的影响取决于吸气终了时进入气缸的气流压力波的相位和波幅 当吸气终了气流处于波峰时能起到增压作用，使吸气终了压力p1 ps，使p 1当吸气终了气流处于波谷时能起到减压作用，使吸气终了压力p1 ps，使p T气 ,热量从缸壁传给气体,吸热压缩压缩后期：T壁T气 ,热量从气体传给缸壁,放热压缩排气过程：T壁

9、T气 ,热量从气体传给缸壁,放热降温余隙容积初期：T壁T气 ,热量从缸壁传给气体,吸热膨胀Marine Auxiliary MachineryMarine Auxiliary Machinery 12吸气过程中气体从缸壁吸热，温度高于进气管中的温度，比容较大，折算到名义吸气压力和吸气温度时，VsV使吸气能力下降。这种损失称为预热损失,用T表示TTVVssT =T取决于缸壁和活塞传给气体的热量余隙容积中气体膨胀终了时的温度吸气过程中阻力损失(转化为热量)缸壁温度的高低主要取决于压力比。Marine Auxiliary MachineryMarine Auxiliary Machinery 13对

10、于小型、气缸冷却不良、转速低、气阀通道阻力大、相对余隙容积较大、气体导热系数高的压缩机，应取较小的T反之取较大的T温度系数T与压力比的关系Marine Auxiliary MachineryMarine Auxiliary Machinery 144 漏泄和压缩指数变化的影响漏泄和压缩指数变化的影响 由于气阀、活塞环等密封不严而造成泄漏，使排气量损失 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l0.900.98 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，其过程指数不断改变。为了方便计算都以恒定的多变过程指数来代替 输气系数

11、：各种因素对输气量的影响lTpv =Marine Auxiliary MachineryMarine Auxiliary Machinery 15第三节第三节 多级压缩和中间冷却多级压缩和中间冷却单级压缩的极限Vc： 越高，v越小。排出压力pd越高，膨胀过程越长，有效S越小，当pd达到一定值后，有效行程为0压缩终了温度： 越大，排气终了的温度越高。当其达到一定值后，影响润滑系统的工作。（固定式低于160C ，移动式低于180C）降低冷却效果：压缩比越大，压缩过程越偏离等温过程例如：对于空气，T1= 27C， = 8，T2= 212C（70号机油的闪点温度为200C，会有爆炸的危险）一、单级压缩

12、的极限Marine Auxiliary MachineryMarine Auxiliary Machinery 16二、多级压缩和中间冷却二、多级压缩和中间冷却活塞空压机压力比较大时都采用多级压缩，并设有级间冷却器压缩级数越多，经中间冷却后的压缩过程越接近等温过程多级压缩比的确定总消耗的功最小各级压缩终了的温度相同各级压缩比相同时总消耗的功最小，即zzzpppppppp1+342312=Marine Auxiliary MachineryMarine Auxiliary Machinery 17如果以最省功作为选择的依据，每级的最佳一般为24（使该级等温指示效率最高）实际压缩过程后一级比前一级

13、略小。（后一级吸气温度高于前一级；后一级冷却不如前一级；后一级比前一级更偏离等温过程）商船的空压机额定排出压力多在3MPa左右，为使空压机的体积、重量较小，装置不太复杂，一般不以省功原则为依据，而是在排气温度允许范围内(冷却较好时压力比允许达67)，尽量采用较少的级数，故一般为二级 Marine Auxiliary MachineryMarine Auxiliary Machinery 18二级压缩和中间冷却流程吸气 压缩 冷却 吸气 压缩 冷却 排气二级空压机流程示意图 二级压缩和中间冷却Marine Auxiliary MachineryMarine Auxiliary Machinery

14、 19单级和二级压缩在P-V图上的理论工作循环 Marine Auxiliary MachineryMarine Auxiliary Machinery 20吸入压力ps，排出压力pd单级压缩机，理论工作循环如padfp所示 低压缸将空气由吸入压力ps压缩至级间压力pm，其理论工作循环如oabno所示；低压缸排气,定压冷却后温度降低，体积由Vb减为Vc，然后压缩至排出压力pd，高压级理论循环如cefmc所示 二级压缩机Marine Auxiliary MachineryMarine Auxiliary Machinery 21三、多级压缩和中间冷却特点三、多级压缩和中间冷却特点（1）降低排气温

15、度：单级压缩时压力比较大，压缩终点d的温度太高温度太高会降低滑油粘度，使润滑和密封性能下降；使滑油分解，在缸内及气阀上形成结碳，加剧磨损；当温度超过滑油闪点时，会有爆炸危险规定固定式压缩机排气温度不超过160，移动式压缩机不超过180二级压缩由于经过中间冷却，其压缩终点的温度比单级压缩终点d的温度要低得多 Marine Auxiliary MachineryMarine Auxiliary Machinery 22(2)提高输气系数：单级压缩时，输气系数随压力比增加而迅速下降余隙容积等实际因素的影响使气缸有效吸气容积减少。二级压缩时气缸有效吸气容积由pa增长至oaMarine Auxiliar

16、y MachineryMarine Auxiliary Machinery 23（3）节省压缩功：二级压缩每工作循环理论上所节省压缩功为面积cbdec与opmno之差 （4）减轻活塞上的作用力：单级压缩机要一次达到要求的排气压力，活塞受力较大。而多级压缩只有高压级承受高压（5）机构复杂，零部件增多，体积和重量增加，气流阻力增加，机械效率降低Marine Auxiliary MachineryMarine Auxiliary Machinery 24第三节第三节 压缩机的热力性能压缩机的热力性能活塞式压缩机的热力性能包括排气压力、排气量与输气系数、排气温度、功率和效率等 压缩机的排气压力是指最终

17、排出压缩机的气体压力，多级压缩机末级以前的各级的排出压力称为该级的排气压力或级间压力 排气压力说明排气压力并非恒定铭牌上标出的排气压力是指额定排气压力可在额定排气压力以下的任意压力下工作强度和排气温度等允许，也可在超过额定排气压力下工作1.排气压力Marine Auxiliary MachineryMarine Auxiliary Machinery 25压缩机排气压力的高低取决于 “背压” ，即排气系统内的气体压力排气系统进出是否平衡进出系统稳定于某压力 进出进出气体质量、压力不断升高 压缩机稳定于此压力 压缩机压力不断升高气体质量、压力逐渐降低 压缩机压力也降低，直到进出，稳定在新压力Ma

18、rine Auxiliary MachineryMarine Auxiliary Machinery 26多级压缩机的级间压力也服从上述规律 活塞式压缩机中，压力变化往往是气量供求变化的反映，压力变化是现象，气量变化是本质 2.排气量和输气系数 理论排气量就是活塞行程容积：单位时间内活塞所扫过的容积 单作用气缸的压缩机： /sm240/=32SnzDVtD气缸直径，m；S活塞行程，m；n转速，rmin；z第一级气缸数目 Marine Auxiliary MachineryMarine Auxiliary Machinery 27由于余隙容积、吸气阻力、吸气预热和漏泄的影响，实际排气量Q小于活塞

19、行程容积Vt，Q/Vt称为输气系数，用表示 ltpttVVQ=压缩机本身没有变化，增加，明显降低余隙容积引起的损失增加漏泄增加气缸温度升高，预热损失增加在0.65-0.80范围内Marine Auxiliary MachineryMarine Auxiliary Machinery 283.排气温度排气温度是指最终排出压缩机的气体温度。排气温度不同于压缩终了温度，节流和热交换使压缩终了的温度降低排气温度过高使滑油粘度过低，滑油中的轻质馏分挥发，导致气体中含油增加，润滑性能恶化，甚至形成积炭，因此一般把排气温度限制在160以内 用自润滑材料做密封元件，排气温度则取决于自润滑材料的性能，如聚四氟乙

20、烯做成的元件，排气温度限制在180以内 压缩特殊气体的压缩机，视气体性质而异，需把排气温度限制在更低的范围内 Marine Auxiliary MachineryMarine Auxiliary Machinery 29排气温度是一个很重要的指标。有时甚至因为排气温度的限制必须采用较多的级数，或者用进气冷却等措施来降低排气温度4功率和效率 压缩机中直接消耗于压缩气体的功率称为指示功率，用Pi表示。用示功图测量计算得到按理论循环计算所需功率称为理论功率。可以按等温理论循环或绝热理论循环计算。分别称为等温理论功率(用PT表示)和绝热理论功率(用PS表示） 比功率Nr：一定排气压力下，单位排气量所消

21、耗的轴功率NrP/QMarine Auxiliary MachineryMarine Auxiliary Machinery 30itiPP/=理论功率与指示功率之比称为指示效率，用i表示指示效率反映了实际气体在工作过程中由吸、排气阻力及气体的摩擦、旋涡等造成的总的能量损失的大小 等温指示效率还反映冷却达不到等温压缩而附加的能量损失，比绝热指示效率更低 iTiTPP/=isiSPP/=等温指示效率等温热力循环完善程度绝热指示效率绝热热力循环完善程度Marine Auxiliary MachineryMarine Auxiliary Machinery 31miTTTPP=等温效率T：评价水冷压

22、缩机的性能指标绝热效率S：评价风冷压缩机的性能指标miSSSPP=机械效率m：评价压缩机运动机构完善程度指标PPim/=一般压缩机T约为0.600.75,S约为0.650.70(小型)、0.700.80(中型)、0.800.85 (大型) Marine Auxiliary MachineryMarine Auxiliary Machinery 32第四节第四节 活塞式压缩机的结构活塞式压缩机的结构结构影响因素 机器的形式 级数和列数 各级气缸在列中的排列各列间曲柄夹角的排列 选择结构依据 用途运转条件排气量和排气压力驱动方式占地面积Marine Auxiliary MachineryMarin

23、e Auxiliary Machinery 33一、气缸排列形式和特点压缩机的结构特点体现在：气缸的排列形式（气缸中心线与水平面的相对位置）和运动机构的结构 气缸排列形式立式：气缸中心线与水平面垂直 角度式:气缸中心线与水平面成一角度 卧式。气缸相对曲轴位置 一般卧式：气缸都在曲轴一侧 对置式：气缸在曲轴两侧，相邻的两相对列曲柄夹角不等于180 对置平衡式：气缸在曲轴两侧，相对两列气缸的曲柄夹角为180Marine Auxiliary MachineryMarine Auxiliary Machinery 34占地面积小气缸和活塞的磨损比卧式的小而且均匀无油润滑时对活塞环和填料有利管道布置困难

24、大型压缩机采用立式时高度较大立式空压机特点优点缺点Marine Auxiliary MachineryMarine Auxiliary Machinery 35气缸和活塞的磨损较大且不均匀惯性力不能平衡，所以转速受到很大限制惯性力完全平衡,转速提高，尺寸小、重量轻相对的活塞受力互相抵消，改善主轴颈的受力可采用较多的列数普通卧式空压机特点占地面积小小型空压机对置平衡式空压机特点运动部件和填料数量较多机身和曲轴的结构比较复杂绝大部分大型空压机采用Marine Auxiliary MachineryMarine Auxiliary Machinery 36各列惯性力可用平衡重块平衡，可取较高的转速气

25、缸错开，利于气阀的布置和安装，气阀通流面积大中间冷却器和级间管道可直接装在机器上，结构紧凑角度式空压机特点曲轴的轴向长度较短管道布置困难高度较大中、小型和微型空压机Marine Auxiliary MachineryMarine Auxiliary Machinery 37二、空压机的基本结构空压机的基本结构基本部分：机身、曲轴、连杆等，其作用是传递动力，连接基础与气缸部分气缸部分：气缸、气阀、活塞、填料和排气量调节装置等，作用是形成压缩容积和防止气体泄漏 辅助部分：包括冷却器、缓冲器、气液分离器、滤清器、安全阀、油泵、注油器及各种管路系统，是保证压缩机正常运转所必需的部件 Marine Au

26、xiliary MachineryMarine Auxiliary Machinery 38气缸的结构因压力、气量、气缸排列形式、冷却方式、气阀配置形式、工质、气缸材料不同而不同按压力高低气缸分别由铸铁、铸钢和锻钢制成。因钢的耐磨性较差，钢质气缸通常都设有铸铁气缸套大多数气缸是水冷式小型和微型压缩机的气缸一般做成单作用式，采用空冷Marine Auxiliary MachineryMarine Auxiliary Machinery 39第五节第五节 压缩机排气量的调节及自动控制压缩机排气量的调节及自动控制1.停转调节一、排气量调节停转调节是利用压力继电器之类的装置来控制原动机的停开，使压缩机

27、暂时停转，以实现排气量的间断调节 优点是压缩机与原动机同时停转，没有功率消耗缺点是启、停频繁，零件磨损增加，一般只用于微型压缩机上 Marine Auxiliary MachineryMarine Auxiliary Machinery 402.改变转速的调节 主要用在内燃机驱动的空气压缩机上，靠储气罐的压力控制内燃机转速而实现。内燃机的转速可连续地改变，故可实现排气量的连续调节优点：气量变化连续，功率消耗较小；因为转速降低时，气体流速降低，摩擦损失和压力损失都减小；气体在循环时间加长，可得到较好的冷却缺点：受原动机本身性能的限制，只能在60100%的额定转速范围内变化，转速过低时经济性很差

28、Marine Auxiliary MachineryMarine Auxiliary Machinery 413.控制吸入的调节 中型压缩机上应用较多，分为切断进气和节流进气切断进气应用较广，是利用减荷阀关闭进气管路，使压缩机空转而得到间断调节 切断进气同时连通吸入与压出的管路，以便于启动。因为在切断进气后，吸入气体接近真空，如果背压不变，在活塞上所形成的压差会造成转矩的峰值增加，因而造成启动困难 节流进气调节是用节流阀逐渐关闭进气管路。气体受到节流，压力系数减小，使排气量减小。节流进气可使进气压力连续地变化，属连续调节Marine Auxiliary MachineryMarine Auxi

29、liary Machinery 424.吸入与压出连通的调节 利用旁通管路使排气管与进气管连通。简便易行，但功率消耗大按照旁通阀开关方式的不同，旁通调节分为自由连通和节流连通自由连通调节时，旁通阀完全打开，排出气体自由地流回进气管中,没有气体输出，属间断调节节流连通调节时，旁通阀开到适当程度，让一部分压缩气体流回进气管中，属连续调节 吸入与压出连通的调节常与前述的调节方式联合使用，它不仅作为调节排气量之用，而且还是压缩机卸荷启动所必须的 Marine Auxiliary MachineryMarine Auxiliary Machinery 435.压开进气阀的调节 利用压开装置打开进气阀，使

30、进气阀全部地或部分地丧失正常的功能气体被吸进气缸后，由于在压缩行程中进气阀片不能自动关闭，气体又被全部地或部分地压送回进气管中，从而使压缩机排气量减小压开进气阀调节有全行程压开和部分行程压开两种 Marine Auxiliary MachineryMarine Auxiliary Machinery 446.连通补助容积的调节 借助于在气缸上专门设置的空腔(称为补助容积)，调节时把这些空腔接入气缸工作腔，使余隙容积增大，余隙内的压缩气体在膨胀时压力降低，体积增加，从而使容积系数减小，排气量降低连通补助容积的调节有可变容积与不变容积两种前者的补助容积接通后可连续改变，属连续调节；后者逐个地接入一定的补助容积，可得到分级的排气量调节