往复式压缩机50444讲课教案课件.ppt

1、第一章第一章 压缩机压缩机 压缩机是一种能提高气体压力并能连续输送压缩机是一种能提高气体压力并能连续输送气体的机器，它把机械能转变为气体的能量。压气体的机器，它把机械能转变为气体的能量。压缩机的排气压力一般大于缩机的排气压力一般大于0.3MPa0.3MPa。当排气压力小。当排气压力小于于0.3MPa0.3MPa时，一般称为风机。时，一般称为风机。容积式容积式：通过活塞、柱塞和各种形状的转子：通过活塞、柱塞和各种形状的转子压缩密闭空腔内气体体积来提高气体的压力。它压缩密闭空腔内气体体积来提高气体的压力。它又可分为往复运动式和回转运动式两类。又可分为往复运动式和回转运动式两类。速度式速度式：利用高

2、速旋转叶片的动力学作用给：利用高速旋转叶片的动力学作用给气体提供能量（压力能和动能），而其中的气体气体提供能量（压力能和动能），而其中的气体动能再转变成压力能。动能再转变成压力能。1.1 1.1 往复活塞式压缩机往复活塞式压缩机 往复活塞式压缩机结构原理及工作循环往复活塞式压缩机结构原理及工作循环 往复活塞式压缩机热力性能参数往复活塞式压缩机热力性能参数 往复活塞式压缩机的动力分析往复活塞式压缩机的动力分析 往复活塞式压缩机排气量的调节往复活塞式压缩机排气量的调节 石油化工用石油化工用往复活塞式往复活塞式压缩机的参数控制压缩机的参数控制 往复活塞式压缩机的典型结构及零部件往复活塞式压缩机的典型

3、结构及零部件一、一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环往复活塞式压缩机结构原理及工作循环一、一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环往复活塞式压缩机结构原理及工作循环一、一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环往复活塞式压缩机结构原理及工作循环L L型压缩机型压缩机基本结构基本结构主要部分主要部分主要作用主要作用基础部分基础部分机身、曲轴、连杆、机身、曲轴、连杆、十字头等十字头等传递动力，连接基础传递动力，连接基础和气缸部分。把电动和气缸部分。把电动机轴的旋转运动变成机轴的旋转运动变成十字头的往复直线运十字头的往复直线运动，从而推动活塞在动，从而推动活塞在气缸内移动。气缸内移动。气缸部分气缸部分气

4、缸、气阀、活塞、气缸、气阀、活塞、活塞环、填料等活塞环、填料等形成压缩容积和防止形成压缩容积和防止气体泄漏气体泄漏辅助部分辅助部分冷却器、缓冲器、滤清冷却器、缓冲器、滤清器、油气分离器、安全器、油气分离器、安全阀、油泵、注油器、排阀、油泵、注油器、排气量调节装置等气量调节装置等确保压缩机安全、可确保压缩机安全、可靠运转靠运转往复活塞式压缩机的组成往复活塞式压缩机的组成一、一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环往复活塞式压缩机结构原理及工作循环 适用压力范围广。从低压至超高压均可。适用压力范围广。从低压至超高压均可。工业中，排气压力达到工业中，排气压力达到350MPa350MPa，实验室可达，实

5、验室可达到到1000MPa1000MPa。绝热效率较高。大型往复活塞式压缩机的绝绝热效率较高。大型往复活塞式压缩机的绝热效率可达到热效率可达到80%80%以上。以上。适应性较强。气量、排气压力及气体密度的适应性较强。气量、排气压力及气体密度的改变对压缩机的性能影响不大。通用性好。改变对压缩机的性能影响不大。通用性好。机器结构较复杂，易损件较多。机器结构较复杂，易损件较多。进气和排气脉动不连续，容易引起气流脉动进气和排气脉动不连续，容易引起气流脉动和管路振动。和管路振动。往复活塞式压缩机的主要特点：往复活塞式压缩机的主要特点：一、一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环往复活塞式压缩机结构原理及工

6、作循环理论循环理论循环p-v指示图（示功图）指示图（示功图）一、一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环往复活塞式压缩机结构原理及工作循环一、一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环往复活塞式压缩机结构原理及工作循环理论循环假设条件：理论循环假设条件：气缸内无余隙容积，气体全部排出气缸；气缸内无余隙容积，气体全部排出气缸；气体通过进、排气阀无压力损失，压力无波动；气体通过进、排气阀无压力损失，压力无波动；气体压缩过程指数不变；气体压缩过程指数不变；I.气缸内气体无泄漏。气缸内气体无泄漏。理论压缩循环的进气容积理论压缩循环的进气容积 等于气缸的行等于气缸的行程容积：程容积：AA活塞面积；活塞面积；S

7、S活塞行程；活塞行程；单作用气缸：单作用气缸：双作用气缸：双作用气缸：SAVVh11VSh2D4V Sh22d2D4V一、一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环往复活塞式压缩机结构原理及工作循环 理论压缩循环所包围的面积，为理论循环的理论压缩循环所包围的面积，为理论循环的压缩功，也称为理论压缩循环的指示功。压缩功，也称为理论压缩循环的指示功。等温过程：等温过程：等熵过程：等熵过程：多变过程：多变过程：kk等熵过程指数；等熵过程指数；mm多变过程指数；多变过程指数；1211ipplnVpW1pp1kkVpWk1k1211ad1pp1mmVpWm1m1211pol一、一、往复活塞式压缩机结构原理及

8、工作循环往复活塞式压缩机结构原理及工作循环V V0 0-余隙容积；余隙容积；P Ps s-将波动的实际进将波动的实际进气压力，根据功量气压力，根据功量相等的原则而得出相等的原则而得出的平均压力；的平均压力；P Pd d-将波动的实际排将波动的实际排气压力，根据功量气压力，根据功量相等的原则而得出相等的原则而得出的平均压力；的平均压力；P P1 1-名义进气压力；名义进气压力；T T1 1-名义进气温度。名义进气温度。实际循环实际循环P-VP-V指示图指示图一、一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环往复活塞式压缩机结构原理及工作循环实际循环与理论循环的区别实际循环与理论循环的区别：气缸内有余隙容

9、积气缸内有余隙容积 余隙容积内残存少量高压气体，这部分高余隙容积内残存少量高压气体，这部分高压气体在活塞开始吸气前有一个膨胀过程，膨压气体在活塞开始吸气前有一个膨胀过程，膨胀至压力略低于进气管内进气压力时，才开始胀至压力略低于进气管内进气压力时，才开始进气过程。进气过程。余隙容积包括气缸端面与活塞端面所留间余隙容积包括气缸端面与活塞端面所留间隙；进排气阀通道所形成的容积；活塞与气缸隙；进排气阀通道所形成的容积；活塞与气缸在第一道活塞环之前形成的容积。在第一道活塞环之前形成的容积。一、一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环往复活塞式压缩机结构原理及工作循环实际循环与理论循环的区别实际循环与理论循

10、环的区别：进、排气阀产生阻力损失进、排气阀产生阻力损失 进、排气阀门使气体产生阻力损失，从而进、排气阀门使气体产生阻力损失，从而导致气缸内实际进气压力低于进气管内的名义导致气缸内实际进气压力低于进气管内的名义进气压力，气缸内的实际排气压力高于排气管进气压力，气缸内的实际排气压力高于排气管内的名义排气压力。内的名义排气压力。一、一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环往复活塞式压缩机结构原理及工作循环一、一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环往复活塞式压缩机结构原理及工作循环实际循环与理论循环的区别实际循环与理论循环的区别：压缩和膨胀过程指数不是定值压缩和膨胀过程指数不是定值 在压缩和膨胀过程中，

11、气体的温度不断变在压缩和膨胀过程中，气体的温度不断变化，气体和缸壁之间存在着不稳定的热交换过化，气体和缸壁之间存在着不稳定的热交换过程，所以膨胀和压缩过程的过程指数程，所以膨胀和压缩过程的过程指数k k不是定值。不是定值。气阀、填料函和活塞环等部位有泄漏，泄气阀、填料函和活塞环等部位有泄漏，泄漏影响压缩过程线和膨胀过程线，并影响进气漏影响压缩过程线和膨胀过程线，并影响进气量和排气量。量和排气量。此外，实际气体和理想气体的差别也会此外，实际气体和理想气体的差别也会影响压缩机的工作循环：影响压缩机的工作循环：理想气体状态方程：理想气体状态方程：实际气体状态方程：实际气体状态方程：RTpVmRTZp

12、Vm理想气体过程方程：理想气体过程方程：kkpp2211VV 一、一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环往复活塞式压缩机结构原理及工作循环k:k:等熵过程指数等熵过程指数实际气体过程方程：实际气体过程方程：TTTVVkkkkkppZZVVppTTVpVp111111212221121一、一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环往复活塞式压缩机结构原理及工作循环实际气体的容积：实际气体的容积：k kT:温度等熵指数温度等熵指数k kv:容积等熵指数容积等熵指数 当要求气体的压力比较高时，就要采用多当要求气体的压力比较高时，就要采用多级压缩。因为单级压力比过高，会造成气体的级压缩。因为单级压力比过高

13、，会造成气体的排气温度过高，压缩机的功耗增加，压缩机笨排气温度过高，压缩机的功耗增加，压缩机笨重。重。多级压缩就是将气体的压缩过程分成几级多级压缩就是将气体的压缩过程分成几级来进行，级与级之间设置冷却器和油水分离器来进行，级与级之间设置冷却器和油水分离器等，每一级的工作循环过程与单级压缩过程相等，每一级的工作循环过程与单级压缩过程相同。同。多级压缩过程多级压缩过程一、一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环往复活塞式压缩机结构原理及工作循环一、一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环往复活塞式压缩机结构原理及工作循环多级压缩多级压缩P-VP-V图图 多级压缩多级压缩T-sT-s图图等温过程等温过程

14、多变过程多变过程绝热过程绝热过程采用多级压缩的优点：采用多级压缩的优点：降低排气温度；节省功率消耗；提降低排气温度；节省功率消耗；提高容积系数；降低活塞力。高容积系数；降低活塞力。级数过多的缺点：级数过多的缺点：压缩机结构的复杂性增加，消耗于压缩机结构的复杂性增加，消耗于气阀、管路、设备中的阻力损失增加，气阀、管路、设备中的阻力损失增加，制造和运行成本增大。制造和运行成本增大。一、一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环往复活塞式压缩机结构原理及工作循环选择级数选择级数Z Z的一般原则：的一般原则：节省功率节省功率;机器结构简单；质量轻、成本低；机器结构简单；质量轻、成本低；操作维修方便；满足工

15、艺流程上的特殊要求。操作维修方便；满足工艺流程上的特殊要求。大中型压缩机，以省功和运转可靠为第一要大中型压缩机，以省功和运转可靠为第一要求，一般级压力比取在求，一般级压力比取在2424之间；之间；小型压缩机，经常是间歇使用，主要考虑结小型压缩机，经常是间歇使用，主要考虑结构简单紧凑，质量轻、成本低，而功耗却处于次构简单紧凑，质量轻、成本低，而功耗却处于次要地位，所以可适当提高级压力比以减少级数；要地位，所以可适当提高级压力比以减少级数；对于易燃易爆等特殊气体，级数选择主要受对于易燃易爆等特殊气体，级数选择主要受排气温度的限制。排气温度的限制。一、一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环往复活塞式

16、压缩机结构原理及工作循环 各级压力比的分配以压缩机的总功耗最小为各级压力比的分配以压缩机的总功耗最小为原则。此时，各级压力比相等，为总压力比开原则。此时，各级压力比相等，为总压力比开Z Z次次方。方。zsd1dd23s2ipppppppp 多级压力比在实际分配时往往会做调整：如多级压力比在实际分配时往往会做调整：如第一级常取较小的压力比以增大第一级的容积系第一级常取较小的压力比以增大第一级的容积系数即增加进气量；另外还要考虑活塞力的平衡；数即增加进气量；另外还要考虑活塞力的平衡；满足工艺条件（如工艺压力作为级间压力）等。满足工艺条件（如工艺压力作为级间压力）等。当各级压力比不相等时，会使总指示

17、功有所当各级压力比不相等时，会使总指示功有所增加。但各级压力比的乘积仍等于总压力比。增加。但各级压力比的乘积仍等于总压力比。一、一、往复活塞式压缩机结构原理及工作循环往复活塞式压缩机结构原理及工作循环思考题思考题u压缩机按工作原理分为哪两类？压缩机按工作原理分为哪两类？u往复活塞压缩机的组成部分及作用？往复活塞压缩机的组成部分及作用？u往复活塞压缩机的工作循环过程？往复活塞压缩机的工作循环过程？u往复活塞压缩机的三种热力过程？往复活塞压缩机的三种热力过程？u往复活塞压缩机的主要特点？往复活塞压缩机的主要特点？u画出往复活塞式压缩机理论循环和实际循环画出往复活塞式压缩机理论循环和实际循环P-VP

18、-V指示图。指示图。u往复活塞式压缩机理论循环与实际工作循环的区别往复活塞式压缩机理论循环与实际工作循环的区别?u何为压力比？多级压缩机压力比的分配原则？何为压力比？多级压缩机压力比的分配原则？u在什么情况下须采用多级压缩？多级压缩的优缺点？在什么情况下须采用多级压缩？多级压缩的优缺点？u一单级活塞压缩机，进气压力为一单级活塞压缩机，进气压力为0.5MPa0.5MPa（表压）（表压）,排排气压力为气压力为1.7MPa1.7MPa（表压）。压力比为多少？（表压）。压力比为多少？1 1、进气量、进气量 2 2、排气量、排气量3 3、排气温度、排气温度4 4、排气压力、排气压力5 5、循环功、功率及

19、效率、循环功、功率及效率二、二、往复活塞式压缩机的热力性能参数往复活塞式压缩机的热力性能参数 压缩机的进气量压缩机的进气量V Vs s是在实际循环下压缩机是在实际循环下压缩机单位时间的进气量。用名义进气状态下的进气单位时间的进气量。用名义进气状态下的进气量量V Vh h表示，对应于名义进气压力表示，对应于名义进气压力P P1 1，名义进气，名义进气温度温度T T1 1。容积系数容积系数 压力系数压力系数 温度系数温度系数 n n 压缩机的转速压缩机的转速nhVtpvsVVpT1.1.进气量进气量 表征气缸行程有效利用程度的系数。反映表征气缸行程有效利用程度的系数。反映了由于气缸的余隙容积的存在

20、，使气缸行程容了由于气缸的余隙容积的存在，使气缸行程容积被膨胀气体所占有，从而导致了吸气量减少积被膨胀气体所占有，从而导致了吸气量减少的程度。的程度。)1(1 1)pp(VV1VVV11sdh0hhVmm 相对余隙容积。其大小主要取决于气阀在气缸相对余隙容积。其大小主要取决于气阀在气缸上的布置方式以及压缩的级次等。低压级上的布置方式以及压缩的级次等。低压级0.070.070.120.12，中压级中压级0.090.090.140.14，高压级，高压级0.110.110.160.16。单级压力比单级压力比 过大，会使过大，会使 降低。降低。VV容积系数容积系数 反映了由于进气阀阻力的存在致使实际进

21、反映了由于进气阀阻力的存在致使实际进气压力气压力 小于名义进气压力小于名义进气压力 ，从而造成进气，从而造成进气量减少的程度。量减少的程度。sp1ppp1s1sppp1pp低压级低压级 0.950.98高压级高压级 0.981.0p压力系数压力系数进气阀阻力进气阀阻力 表示进气过程中气体从缸壁等部件表示进气过程中气体从缸壁等部件吸收热量造成体积膨胀，从而造成进气吸收热量造成体积膨胀，从而造成进气量减少的程度。温度系数与气缸的冷却量减少的程度。温度系数与气缸的冷却状况和级的压力比大小有关。状况和级的压力比大小有关。T温度系数温度系数u 压缩机的排气量用名义进气状态下的气压缩机的排气量用名义进气状

22、态下的气量表示。排气量等于第一级的进气量减去所量表示。排气量等于第一级的进气量减去所有各级的外泄漏气量。有各级的外泄漏气量。u 供气量：一般为压缩机排气量换算成标供气量：一般为压缩机排气量换算成标准状态下的流量。准状态下的流量。2.2.排气量排气量 单级压缩机的排气量：单级压缩机的排气量：11VVVVVVVV1VVVVsddsdssdllllnVVhTpVdl气缸的相对泄漏量气缸的相对泄漏量dlVV 气缸的相对泄漏量，它是气缸气缸的相对泄漏量，它是气缸中各泄漏点的相对泄漏量的总和：中各泄漏点的相对泄漏量的总和：i气阀不严密或延迟关闭的泄漏气阀不严密或延迟关闭的泄漏 0.010.010.040.

23、04单作用气缸中活塞环的泄漏单作用气缸中活塞环的泄漏 0.010.010.050.05双作用气缸中活塞环的泄漏双作用气缸中活塞环的泄漏 0.0030.0030.0150.015填料函的泄漏填料函的泄漏 (0.0005(0.00050.001)j(0.001)j(等效级次）等效级次）泄漏点泄漏点 多级压缩机的排气量多级压缩机的排气量 排气量仍然用第排气量仍然用第1 1级气缸的尺寸参数和运行级气缸的尺寸参数和运行状态参数表示：状态参数表示：nVV1h1 l1T1p1Vd 多级压缩机第多级压缩机第k k级气缸的行程容积与排气级气缸的行程容积与排气量的关系：量的关系：1k11k1k11dklTkpkV

24、kkokhkZZTTppnVVok称为第称为第k级的抽加气系数。它表示级的抽加气系数。它表示k级之前的抽加气对级之前的抽加气对k级进气量的影响。级进气量的影响。抽气：抽气：；加气：；加气：1ok1okdk2i1oidokVVVdk2i1idkVVVk称为第称为第k级的凝析系数。它表示级的凝析系数。它表示k级级之前气体的凝析量对之前气体的凝析量对k级进气量的影响。级进气量的影响。有凝析：有凝析：1ku 压缩机的排气量由第压缩机的排气量由第1 1级气缸的尺寸和运级气缸的尺寸和运行状态参数决定的，行状态参数决定的，不论是单级压缩还是多不论是单级压缩还是多极压缩极压缩 ，每台压缩机只有一个排气量。，每

25、台压缩机只有一个排气量。u 排气量用进气状态所表示的排气量用进气状态所表示的，而工艺上，而工艺上要求的供气量往往是标准状态下的干气容积要求的供气量往往是标准状态下的干气容积量，两者之间要注意换算。量，两者之间要注意换算。排气温度一般按绝热过程考虑，排气排气温度一般按绝热过程考虑，排气温度和进气温度之间的关系：温度和进气温度之间的关系：k1k12TT最高排气温度的限制：最高排气温度的限制：u低于气体的聚合或分解温度；低于气体的聚合或分解温度；u低于气体的自燃、自爆温度；低于气体的自燃、自爆温度；u低于润滑油的闪点低于润滑油的闪点30305050；u低于自润滑材料的流变温度；低于自润滑材料的流变温

26、度；u一般情况下排气温度控制在一般情况下排气温度控制在160-180160-180以下。以下。3.3.排气温度排气温度 压缩机的实际排气压力由排气系统压压缩机的实际排气压力由排气系统压力力（也称背压）（也称背压）决定决定，只有压缩机的排气，只有压缩机的排气量和系统的用气量之间达到供求到平衡时，量和系统的用气量之间达到供求到平衡时，才能保证压缩机的排气压力稳定。才能保证压缩机的排气压力稳定。4.4.排气压力排气压力指示功：压缩机用于压缩气体所消耗的功；指示功：压缩机用于压缩气体所消耗的功；摩擦功：压缩机用于克服机械摩擦所消耗的功；摩擦功：压缩机用于克服机械摩擦所消耗的功；轴功：指示功轴功：指示功

27、+摩擦功，即主轴需要的总功；摩擦功，即主轴需要的总功；功率：单位时间所消耗的功；功率：单位时间所消耗的功；比功：单位排气量所消耗的轴功。比功：单位排气量所消耗的轴功。5.5.循环指示功、功率及效率循环指示功、功率及效率用简化的等功当量指示图计算实际循环功用简化的等功当量指示图计算实际循环功 用平均的用平均的进、排气压力进、排气压力代替实际波动代替实际波动的进、排气压的进、排气压力；用等熵指力；用等熵指数数k k代替过程代替过程指数指数m m。5.5.循环指示功、功率及效率循环指示功、功率及效率单级压缩机实际循环指示功：单级压缩机实际循环指示功：1)pp(1kkVpWk1ksdhVsi单级压缩机

28、实际循环指示功率：单级压缩机实际循环指示功率：60n1)pp(1kkVpk1ksdhVsiN5.5.循环指示功、功率及效率循环指示功、功率及效率压缩机的轴功率：压缩机的轴功率：miZNNm m压缩机的机械效率，对于带十字头的大压缩机的机械效率，对于带十字头的大中型压缩机：中型压缩机：m m=0.90-0.95=0.90-0.95；小型不带十字；小型不带十字头的压缩机：头的压缩机：m m=0.85-0.92=0.85-0.92；高压循环压缩；高压循环压缩机：机：m m=0.80-0.85=0.80-0.85；无油润滑压缩机的效率；无油润滑压缩机的效率更低。更低。压缩机效率是衡量机器工作完善性的重

29、要指标压缩机效率是衡量机器工作完善性的重要指标5.5.循环指示功、功率及效率循环指示功、功率及效率*一般多用等熵效率来衡量压缩机效率的高低一般多用等熵效率来衡量压缩机效率的高低效效 率率指示效率指示效率等温指示效率：等温压缩理论循环指示等温指示效率：等温压缩理论循环指示功与实际循环指示功的比值。功与实际循环指示功的比值。等熵指示效率：等熵压缩理论循环指示等熵指示效率：等熵压缩理论循环指示功与实际循环指示功的比值。功与实际循环指示功的比值。轴效率轴效率等温轴效率：等温压缩理论循环指示功等温轴效率：等温压缩理论循环指示功与轴功的比值。与轴功的比值。等熵轴效率：等熵压缩理论循环指示功等熵轴效率：等熵

30、压缩理论循环指示功与轴功的比值。与轴功的比值。往复式压缩机的效率往复式压缩机的效率5.5.循环指示功、功率及效率循环指示功、功率及效率思考题思考题u何为压缩机的排气量？何为压缩机的排气量？u最高排气温度有哪几点限制？最高排气温度有哪几点限制？u压缩机额定排气压力为压缩机额定排气压力为1.0MPa1.0MPa，背压为，背压为0.8MPa0.8MPa。压缩机。压缩机工作时的排气压力？工作时的排气压力？u气缸直径、活塞行程、转数和排气量的关系？气缸直径、活塞行程、转数和排气量的关系？u何为压缩机的何为压缩机的指示功、轴功、指示功、轴功、比功？比功？u压缩机的循环指示功率为压缩机的循环指示功率为9kw

31、9kw，机械效率为，机械效率为0.90.9，压缩机，压缩机的轴功率。的轴功率。u往复活塞式压缩机气缸的吸、排气阀使气体产生阻力损往复活塞式压缩机气缸的吸、排气阀使气体产生阻力损失，从而导致气缸的实际吸气压力失，从而导致气缸的实际吸气压力_（高于、低于）（高于、低于）进气管内的名义进气压力；气缸的实际排气压力进气管内的名义进气压力；气缸的实际排气压力 （高于、低于）排气管内的名义排气压力。（高于、低于）排气管内的名义排气压力。u一台二级往复活塞式压缩机，其排气压力一台二级往复活塞式压缩机，其排气压力8.9MPa8.9MPa（表（表压）。进气压力压）。进气压力0.9 MPa 0.9 MPa（表压）

32、（表压）。则原则上取各级压。则原则上取各级压力比力比_ _，这是按照，这是按照_原则确定的。原则确定的。分析曲柄连杆机构的运动规律、受力情况分析曲柄连杆机构的运动规律、受力情况以及对压缩机动力性能的影响。这是压缩机总以及对压缩机动力性能的影响。这是压缩机总体结构，各零部件的强度、刚度计算以及压缩体结构，各零部件的强度、刚度计算以及压缩机基础设计的力学基础。机基础设计的力学基础。重点重点:分析和解决由于回转分析和解决由于回转往复运动所往复运动所产生的产生的惯性力及惯性力矩的平衡问题。惯性力及惯性力矩的平衡问题。三、三、往复活塞式压缩机的动力分析往复活塞式压缩机的动力分析压缩机中的作用力压缩机中的

33、作用力主要构件及基础的受力分析主要构件及基础的受力分析惯性力平衡惯性力平衡阻力矩曲线及飞轮矩阻力矩曲线及飞轮矩三、三、往复活塞式压缩机的动力分析往复活塞式压缩机的动力分析 压缩机中的作用力压缩机中的作用力惯性力惯性力质量的求解质量的求解加速度的求解加速度的求解气体力气体力摩擦力摩擦力各部件本身的重力，作用相对较小，一般各部件本身的重力，作用相对较小，一般不作考虑。不作考虑。三、三、往复活塞式压缩机的动力分析往复活塞式压缩机的动力分析 压缩机中各运动零件在往复运动过程中不压缩机中各运动零件在往复运动过程中不等速运动产生等速运动产生往复惯性力往复惯性力,旋转运动产生旋转运动产生旋转旋转惯性力惯性力

34、。惯性力的大小和方向，决定于运动零件的惯性力的大小和方向，决定于运动零件的质量和加速度。为计算简便，把运动零件简化质量和加速度。为计算简便，把运动零件简化为若干个质点，惯性力分别作用在各质点上。为若干个质点，惯性力分别作用在各质点上。惯性力惯性力三、三、往复活塞式压缩机的动力分析往复活塞式压缩机的动力分析 活塞组件（包括活塞、活塞杆和十字头）活塞组件（包括活塞、活塞杆和十字头）做往复运动，其质量总和为做往复运动，其质量总和为m mp p ，认为其作用，认为其作用在十字头中心在十字头中心A A点，产生往复惯性力。点，产生往复惯性力。活塞组件活塞组件 往复运动往复运动三、三、往复活塞式压缩机的动力

35、分析往复活塞式压缩机的动力分析 曲柄做旋转运动。曲柄和曲柄梢对于主轴曲柄做旋转运动。曲柄和曲柄梢对于主轴不对称部分的质量不对称部分的质量m mk k，作用在作用在B B点，产生旋转惯点，产生旋转惯性力。性力。rmmm21kcc曲柄曲柄旋转运动旋转运动三、三、往复活塞式压缩机的动力分析往复活塞式压缩机的动力分析B B点点 连杆做往复摆动，其质量为连杆做往复摆动，其质量为 。在保证。在保证总质量和质心不变的前提下，分解为两部分总质量和质心不变的前提下，分解为两部分:和和 。作用在作用在A A点，做往复运动；点，做往复运动；作用在作用在B B点，做旋转运动。点，做旋转运动。lmmlmllmmlllm

36、0.4)(0.3mllm0.6)(0.7m连杆连杆往复摆动往复摆动三、三、往复活塞式压缩机的动力分析往复活塞式压缩机的动力分析 做往复运动的总质量为做往复运动的总质量为 ms ：psmmml做旋转运动的总质量为做旋转运动的总质量为mr ：krmmml惯性力惯性力三、三、往复活塞式压缩机的动力分析往复活塞式压缩机的动力分析往复惯性力往复惯性力 SI)I(I)2cosrmcos r(m)2cos(cos rmamI2S1S2S2S2SSSlr I IS1S1 一阶往复惯性力，变化周期是一阶往复惯性力，变化周期是2;2;I IS2S2 二阶往复惯性力，变化周期是二阶往复惯性力，变化周期是。往复惯性力

37、的方向始终作用于气缸的轴线往复惯性力的方向始终作用于气缸的轴线方向上，其大小随曲柄转角周期性的变化。方向上，其大小随曲柄转角周期性的变化。三、三、往复活塞式压缩机的动力分析往复活塞式压缩机的动力分析旋转惯性力旋转惯性力 ：rI2rrrmI 旋转惯性力的方向始终沿曲柄旋转运动径旋转惯性力的方向始终沿曲柄旋转运动径线外向。线外向。三、三、往复活塞式压缩机的动力分析往复活塞式压缩机的动力分析 气体力气体力P P等于气缸工作容积内气体的瞬时等于气缸工作容积内气体的瞬时压（强）力与活塞面积的乘积，一列上如果有压（强）力与活塞面积的乘积，一列上如果有两个或两个以上的工作容积，则该列气缸的气两个或两个以上的

38、工作容积，则该列气缸的气体力为所有气缸的轴侧工作容积和盖侧工作容体力为所有气缸的轴侧工作容积和盖侧工作容积在同一瞬时气体力的代数和。积在同一瞬时气体力的代数和。气体力气体力气体力随曲柄转角的变化而变化。气体力随曲柄转角的变化而变化。三、三、往复活塞式压缩机的动力分析往复活塞式压缩机的动力分析摩擦力分为往复摩擦力摩擦力分为往复摩擦力RsRs和旋转摩擦力和旋转摩擦力R Rr r。摩擦力摩擦力 往复摩擦力所消耗的功率一般占总机械摩往复摩擦力所消耗的功率一般占总机械摩擦功率的擦功率的60%60%70%70%，旋转摩擦力所消耗的功率，旋转摩擦力所消耗的功率占机械摩擦功率的占机械摩擦功率的30%30%40

39、%40%。摩擦力的方向始终与部件的运动方向相反。摩擦力的方向始终与部件的运动方向相反。三、三、往复活塞式压缩机的动力分析往复活塞式压缩机的动力分析2.2.主要构件及基础的受力分析主要构件及基础的受力分析SSRIPP 三、三、往复活塞式压缩机的动力分析往复活塞式压缩机的动力分析=气体力气体力+往复惯性力往复惯性力+往复摩擦力往复摩擦力综合活塞力综合活塞力十字头滑道处的侧向压力十字头滑道处的侧向压力22sin1sinPtgPN2.2.主要构件及基础的受力分析主要构件及基础的受力分析三、往复三、往复活塞活塞式压缩机的动力分析式压缩机的动力分析 连杆力连杆力22sin1cosPPPt三、往复三、往复活

40、塞活塞式压缩机的动力分析式压缩机的动力分析2.2.主要构件及基础的受力分析主要构件及基础的受力分析 主轴受力主轴受力包括连杆力包括连杆力P Pt t和离心惯性力和离心惯性力I Ir r三、往复三、往复活塞活塞式压缩机的动力分析式压缩机的动力分析2.2.主要构件及基础的受力分析主要构件及基础的受力分析 倾覆力矩倾覆力矩)coscos(rlNbNMN2.2.主要构件及基础的受力分析主要构件及基础的受力分析三、往复三、往复活塞活塞式压缩机的动力分析式压缩机的动力分析 压缩机机身上所受的自由力和力矩压缩机机身上所受的自由力和力矩:往复惯性力往复惯性力I IS S；旋转惯性力旋转惯性力IrIr；旋转摩擦

41、力矩旋转摩擦力矩MrMr；倾覆力矩倾覆力矩M MN N。三、往复三、往复活塞活塞式压缩机的动力分析式压缩机的动力分析2.2.主要构件及基础的受力分析主要构件及基础的受力分析 压缩机基础所受到的力和力矩压缩机基础所受到的力和力矩:压缩机的重力；压缩机的重力；驱动机的重力；驱动机的重力；机身传给基础的力和力矩；机身传给基础的力和力矩；驱动机传给基础的驱动力和力矩。驱动机传给基础的驱动力和力矩。2.2.主要构件及基础的受力分析主要构件及基础的受力分析三、往复三、往复活塞活塞式压缩机的动力分析式压缩机的动力分析主要构件及基础的受力分析小结主要构件及基础的受力分析小结三、三、往复活塞式压缩机的动力分析往

42、复活塞式压缩机的动力分析综合活塞力综合活塞力十字头滑道处的侧向压力十字头滑道处的侧向压力连杆力连杆力主轴受力主轴受力倾覆力矩倾覆力矩压缩机机身上所受的自由力和力矩压缩机机身上所受的自由力和力矩压缩机基础所受到的力和力矩压缩机基础所受到的力和力矩3.3.惯性力平衡惯性力平衡 主要目的是解决和减轻压缩机与基主要目的是解决和减轻压缩机与基础的振动问题。础的振动问题。旋转惯性力可以通过在曲柄反方向上旋转惯性力可以通过在曲柄反方向上加装平衡质量加装平衡质量m m0 0来平衡。来平衡。00rrmmr 三、往复三、往复活塞活塞式压缩机的动力分析式压缩机的动力分析 单列往复压缩单列往复压缩机的往复惯性力不机的

43、往复惯性力不能用平衡重的方法能用平衡重的方法平衡。平衡。三、往复三、往复活塞活塞式压缩机的动力分析式压缩机的动力分析3.3.惯性力平衡惯性力平衡 多列往复压缩机多列往复压缩机,可以通过合理布置压可以通过合理布置压缩机的整体结构缩机的整体结构,使往复惯性力和力矩得到使往复惯性力和力矩得到全部或部分平衡。全部或部分平衡。两种平衡方法：两种平衡方法：合理地配置各列合理地配置各列曲拐间的错角；曲拐间的错角；3.3.惯性力平衡惯性力平衡三、往复三、往复活塞活塞式压缩机的动力分析式压缩机的动力分析 在同一曲拐上配置几列气缸，合理配置在同一曲拐上配置几列气缸，合理配置各列气缸中心线间的夹角各列气缸中心线间的

44、夹角，使合成往复，使合成往复惯性力为一个大小不变的径向力，然后惯性力为一个大小不变的径向力，然后用加装平衡质量的方法解决。用加装平衡质量的方法解决。三、往复三、往复活塞活塞式压缩机的动力分析式压缩机的动力分析3.3.惯性力平衡惯性力平衡12)1()1(12)1()1(2coscosrmIrmISSSS例：例：L L型角度式往复压缩机型角度式往复压缩机第一列第一列、阶往复惯性力阶往复惯性力第二列第二列、阶往复惯性力阶往复惯性力)2(2cos)2cos(12)2()2(12)2()2(rmIrmISSSS三、往复三、往复活塞活塞式压缩机的动力分析式压缩机的动力分析3.3.惯性力平衡惯性力平衡曲柄转

45、角）曲柄转角）(1ysxsysIIarctgSSSmmm)2()1(:设设总的往复惯性力：总的往复惯性力：轴轴夹夹角角一一阶阶往往复复惯惯性性力力与与 y :ys三、往复三、往复活塞活塞式压缩机的动力分析式压缩机的动力分析3.3.惯性力平衡惯性力平衡常常数数2212)2(212)1(2)2(2)1()sin()cos(rmrmrmIIISSSSSS122)2(2)1(2cos2rmIIISSSS ysxsys4IIarctg轴轴夹夹角角二二阶阶往往复复惯惯性性力力与与 y :ys三、往复三、往复活塞活塞式压缩机的动力分析式压缩机的动力分析3.3.惯性力平衡惯性力平衡 L L 型压缩机的一阶往复

46、惯性力的大小不型压缩机的一阶往复惯性力的大小不变，方向与压缩机的曲柄转角相同，可以通变，方向与压缩机的曲柄转角相同，可以通过在曲柄反方向上加装平衡质量的方法来平过在曲柄反方向上加装平衡质量的方法来平衡；二阶往复惯性力的大小随曲柄转角的变衡；二阶往复惯性力的大小随曲柄转角的变化而变化，但其方向恒定，所以化而变化，但其方向恒定，所以L L 型压缩机型压缩机运转较平稳。运转较平稳。L L 型压缩机是常用的中型压缩机。型压缩机是常用的中型压缩机。三、往复三、往复活塞活塞式压缩机的动力分析式压缩机的动力分析3.3.惯性力平衡惯性力平衡)sin122sin(sin22rPhPMMttt单单列列阻阻力力矩矩

47、 总阻力矩曲线是各列阻力矩曲线以及摩总阻力矩曲线是各列阻力矩曲线以及摩擦阻力矩曲线的迭加。擦阻力矩曲线的迭加。4.4.阻力矩曲线和飞轮矩阻力矩曲线和飞轮矩三、往复三、往复活塞活塞式压缩机的动力分析式压缩机的动力分析 选择驱动机选择驱动机的驱动力矩的驱动力矩M Md d=平平均阻力矩均阻力矩M Mm m。nNMMmirr260)11()4.03.0(摩擦阻力矩摩擦阻力矩 总阻力矩总阻力矩(M(Mk k)曲线是曲柄转角曲线是曲柄转角的周的周期性函数。期性函数。4.4.阻力矩曲线和飞轮矩阻力矩曲线和飞轮矩三、往复三、往复活塞活塞式压缩机的动力分析式压缩机的动力分析 压缩机在转动过程中角速度不断变化，

48、压缩机在转动过程中角速度不断变化，一般用旋转不均匀度来表示。一般用旋转不均匀度来表示。2minmaxminmaxmm 旋转不均匀程度直接影响压缩机的运旋转不均匀程度直接影响压缩机的运转性能，并影响电机供电网的稳定性，旋转性能，并影响电机供电网的稳定性，旋转不均匀度有限定范围。转不均匀度有限定范围。4.4.阻力矩曲线和飞轮矩阻力矩曲线和飞轮矩三、往复三、往复活塞活塞式压缩机的动力分析式压缩机的动力分析 旋转不均匀度限定范围：旋转不均匀度限定范围：20011501:1001:801:401301:同步电动机直接驱动同步电动机直接驱动器驱动器驱动异步电动机经刚性联轴异步电动机经刚性联轴弹性联轴器传动

49、弹性联轴器传动皮带传动皮带传动4.4.阻力矩曲线和飞轮矩阻力矩曲线和飞轮矩三、往复三、往复活塞活塞式压缩机的动力分析式压缩机的动力分析 为了使用压缩机转为了使用压缩机转速均匀，减小电机供电速均匀，减小电机供电网电流电压的波动幅度，网电流电压的波动幅度，在压缩机曲轴、在压缩机曲轴、电机转电机转子或电动皮带轮等转动子或电动皮带轮等转动部件的转动惯量不足时，部件的转动惯量不足时，要加设飞轮来增加转动要加设飞轮来增加转动惯量。惯量。4.4.阻力矩曲线和飞轮矩阻力矩曲线和飞轮矩三、往复三、往复活塞活塞式压缩机的动力分析式压缩机的动力分析（动能变化）2m2min2max222J)(J21EnE3600MD

50、飞轮矩是飞轮的质量和直径平方的乘积。飞轮矩是飞轮的质量和直径平方的乘积。4.4.阻力矩曲线和飞轮矩阻力矩曲线和飞轮矩三、往复三、往复活塞活塞式压缩机的动力分析式压缩机的动力分析飞轮飞轮4.4.阻力矩曲线和飞轮矩阻力矩曲线和飞轮矩三、往复三、往复活塞活塞式压缩机的动力分析式压缩机的动力分析思考题思考题u往复活塞往复活塞压缩机正常运转时，主要产生哪几种作用力？压缩机正常运转时，主要产生哪几种作用力？u往复惯性力如何产生的？是否能够平衡？有什么减少或平衡往复惯性力如何产生的？是否能够平衡？有什么减少或平衡的方法？的方法？u旋转惯性力如何产生？是否能够平衡？有什么平衡的方法？旋转惯性力如何产生？是否能