1、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船舶辅机船舶辅机Marine Auxiliary Machinery电子教案赵在理6 活塞式空气压缩机用于：主机起动、换向；发电柴油机起动为其它需要压缩空气的设备和气动工具供气在检修工作中用来吹洗零部件、滤器等空压机的排气量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m3h公称排气量是指在额定排气压力时的排气量分类：有低压(0.21.0 MPa),中压(110)和高压(10100)为微型(小于1 m3min)、小型、中型和大型工作压力为3MPa左右，低压场所由减压阀供气有一台柴油机驱动的微型应急空压
2、机。第一节第一节活塞式空压机的工作原理活塞式空压机的工作原理6-1-1 活塞式空压机理论工作循环假定：(1)气缸没有余隙容积(2)吸、排气过程没有压力损失和压力脉动(3)吸气过程气体与缸壁无热交换(4)工作过程无气体漏泄(5)被压缩的是理想气体，压缩过程状态方程指数不变以缸内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吸气过程-活塞从上向下气缸内压力始终与吸入管中压力Ps相等最大吸气容积是气缸工作容积Vp，曲线6-1压缩过程-活塞回行K1关闭，气体被压缩当P升高到Pd时，K2开启，曲线12排出过程-活塞继续上行K2开启，气体排出缸内P不变，直到上
3、止点曲线236-1-1 活塞式空压机理论工作循环绝热过程(adiabatic compression过程线12按气体与缸壁不存在任何热交换的作出等温过程(isothermal compression)冷却良好，缸内气体T不变，压缩线如l2”所示多变压缩过程实际压缩在等温和绝热之间过程线12过程线4123所包围的面积，代表每一循环耗功可见，等温过程，压缩机耗功最省。6-1-2 影响实际循环的因素(1)余隙容积的影响防活塞与缸盖碰撞，活塞到上止点时有余隙气阀通道也有一定容积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表示活塞回行时，气体膨胀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进入缸内曲线3一46-1-2 容积系数是按气体进口状态计算的，如图中V，所示。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：相对余隙容积VcVp一般为：低压级为0.070.12中压级为0.090.14高压级为0.110.16pppvVVVVV表6-1 空压机气缸余隙的一般范围使用中，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 进排气阻力的影响在吸气过程中由于流动阻力，缸内P要比Ps低。
5、吸入行程终了，缸内压力为P1活塞回行一段距离后，缸内P才能升到Ps，减少了V”压力系数 p表示吸气过程的压力损失使排气量减少的程度VVVVVv6-1-2 进排气阻力的影响第一级 p=0.95 0.98第二级 p=0.981.0。在排出行程中缸内P也要比Pd略高由于吸、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，称为预热损失预热损失使压缩机排气量减少的程度可用温度系数t来衡量t
6、随压力比的增高而降低，一般t=0.900.956-1-2 漏泄的影响由于气阀、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。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 排气量和输气系数理论排气量就是第一级的活塞行程容积对单作用气缸的压缩机来说式中：D第一级的气缸直径，m；S第一级的活塞行程，m；n第一级的压缩机转速，rmin；Z 第一级气缸的数目。实际Q小于Vc
7、。比值QVc称为输气系数(),即Q=Vt=Vt v p t l一般在0.650.80压力比Pd/Ps增加，则明显降低余隙容积和漏泄引起的流量损失增加气缸T升高，预热损失增加。2402SnzDVt6-1-2 压缩机功率通过示功器在运转的压缩机上可测出示功图图中实际循环所包围的面积即表示每一循环所耗指示功指示功率-按示功图计算得到的功率，用Pi表示等温理论功率(用PT表示)绝热理论功率(用Ps表示)6-1-2 压缩机效率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运动部件要要消耗功率，轴
8、功率大于指示功率，二者之比称为机械效率，用m表示m=Pi/P压缩机总效率为理论功率与轴功率之比等温总效率(用T表示)iT=iT m 绝热总效率(用s表示)is=is m iTiTpP/isispP/6-1-3 多级压缩排出压力较高时采用多级压缩，并有级间冷却器。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采用单级压缩当吸入压力为Ps，排出压力为Pd时理论工作循环如padfp所示。采用二级压缩机低压理论循环如oabno所示高压理论循环如cefmc所示6-1-3 用多级压缩和级间冷却原因(1)降低排气温度单级压缩在压力比比较大时，压缩终点d的气体T太高缸内T太高会降低滑油粘度，使润滑和
9、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(在180210尤为严重)当温度超过滑油闪点时，甚至会有爆炸危险因此，国内一般规定：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(2)提高输气系数单级压缩时，随压力比增加而迅速下降余隙容积等因素影响使气缸有效吸气容积减少二级压缩时有效吸气容积由pa增长至oa。(3)节省压缩功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(4)减轻活塞上的作用力单级压缩一次达到要求
10、的Pd，活塞受力大，运动部件笨重，轴承负荷大，维修也不方便多级压缩只有尺寸较小的高压级承受高压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每级的最佳压力比应选择使该级等温指示效率最高为宜压力比一般应在24范围内如P在3MPa，一般为二级压缩思考题1.什么叫空压机的输气系数?它主要受哪些因素影响?2，活塞式空压机需要冷却的有哪些方面?各起何作用?3活塞式空气压缩机余隙容积的作用是什么?4空气压缩机采用多级压缩中间冷却有何意义?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各级压力比的分配主要依据省功原则各级压力比相等时各级耗功也相等，总耗功最省实际上，一般后级压力比选得比前级小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。
