《第四章 压缩机的主要热力性能参数.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第四章 压缩机的主要热力性能参数.pdf（66页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第四章 压缩机的主要热力性能参数压缩机研究所郭蓓压缩机研究所郭蓓2011年2月2011年2月主要讲述内容?容积流量?容积流量调节?排气压力?排气温度?功率与效率4.1 容积流量?概念?单位时间内，压缩机最后一级排出的气体量，换算到第一级进口压力、温度下的容积。单位（m3/min）?排出的气体：Pd、Vd、Td，换算到第一级进口状态：ddddTPZTPZVV1111=单位：m3?中途分离掉的水份或气体或添加的气体，也需要换算为进口状态的容积后计入排气量。析水量（m3/min）抽（充）气量（m3/min）进口状态()min/3111,mqqZZTTppqqcddddvv+=qcq?析水量的计算：析
2、出水的质量T1状态下，饱和水蒸气的密度进口状态压力T1状态下，饱和水蒸气的压力wm1s1P1sP()111/ppmqss=?压缩机铭牌上的容积流量是一个大气压，20时的容积流量。?前面定义的容积流量应根据用户给定的第一级的进口压力、温度计算。4.1.1容积流量和行程容积的关系?第一级的进气量Vs，包括所有级的泄漏包括所有级的泄漏?一转中的进气量与气缸行程容积的关系?容积流量与气缸行程容积的关系?排气系数11slvnVq=11111hTpvsVV=1111lTpvd=()min/311111mnVqhlTpvv=排气系数?囊括了影响排气量的各个因素，直接反映压缩机气缸的有效利用程度直接反映压缩机
3、气缸的有效利用程度。?微型压缩机的排气系数较低，0.50.7?多级压缩机的压比较低，0.70.8多级压缩中，任意一级气缸行程容积与排气量的关系?析水系数该级前所有冷却器中因水份析出而引起的该级吸气量的相对减少。?净化系数c该级前由于气体净化（或加入）引起该级进气量的相对减少。?泄漏系数l补偿该级及以后各级中因气体泄漏导致吸进气量的相对减少。()31111mnZZTTppqVljTjpjvjcjjjjjvhj=4.1.2 泄漏系数动密封：气阀、活塞环、填函静密封：法兰、阀门、调节装置等外泄漏：直接漏入大气或第一级进气管中；内泄漏：由高压级漏入低压级或级间管道中，在以后的循环中又自低压级送入高压级
4、。*外泄漏直接影响排气量*内泄漏影响功率及级间压力的分配。若影响第一级的排气压力，则间接影响排气量。泄漏系数的作用？泄漏系数的作用？分析：1.第一级气缸膨胀、进气、压缩、排气过程中有气体漏入，分别属于内泄漏还是外泄漏？2.对多级压缩，考虑到泄漏，如何保证一定的容积流量及级间压力？为了确保额定容积流量确保额定容积流量，第一级进气量需要补偿，以弥补各级所有外泄漏；为了确保各级级间压力确保各级级间压力，第一级之后的各级气缸进气量需要补偿，以弥补该级及该级之后外泄漏，以及该级及与该级有关内泄漏。泄漏系数的计算?总的相对泄漏量（包括气阀、填函、活塞环等各处的相对泄漏量）?气阀不严密或延迟关闭,v0.01
5、0.04?通过活塞环的泄漏，单作用：h=0.010.05 双作用：h=0.0030.015?填函处的泄漏（取决于压力）?介质非空气时，可按修正。+=+=+=1111dllddlVVVVV()空气空气kRkR=?建立泄漏模型进行估算?喷管流动模型?绝热有摩擦一元流动（范诺流）?考虑到油的影响，气液两相流模型?。填函处的泄漏?外泄漏，从第一级开始补偿?该级只计入一半（只在压缩排气过程中的泄漏影响该级的排气量），以前各级计入全部?若为平衡容积的填函，若为j级进气压力，影响到j1级；若为j级排气压力，影响到j级。通过进排气阀的泄漏?泄漏的压力差都是本级的进排气压力?泄漏只影响本级?第一级的泄漏为外泄漏
6、，其余各级为内泄漏。通过活塞环的泄漏?单作用：?外泄漏，类似填函的泄漏。?双作用：?只影响本级?第一级的泄漏为外泄漏，其余为内泄漏。通过活塞环的泄漏?级差式：?与第一级进气压力形成泄漏压力差为外泄漏，影响到第一级；当与任意一级级间压力形成泄漏压力差，产生的泄漏为内泄漏，影响范围为相应压力差对应的级的范围。?漏出级和漏入级的相对泄漏量都算一半，中间各级为全部。?平衡容积为j级进气压力，漏出，影响到j1级；漏入，影响到j级。典型示例?六级压缩机的各级泄漏系数?外泄漏，前面各级气缸都需要补偿，一直补偿到第一级。?内泄漏，一直补偿到受到影响的那一级气缸。典型示例各级泄漏系数泄漏位置气阀级(外)1级(内
7、)2级(内)3级(内)4级(内)5级(内)6活塞环级(外)h1级(内)h2级与平衡容积之间(内)h30.5h3级与平衡容积之间(内)h4h40.5h4级与级之间(内)0.5h50.5h5级与平衡容积之间(内)h6h60.5h6填函级(外)0.51级(外)p20.5p2级(外)p3p30.5p3列平衡容积(外)p3p3p3总的相对泄漏量泄漏对排气量及压比的影响压缩机实际的相对泄漏量与设计值不同时，会引起排气量和级间压力的变化。压缩机实际的相对泄漏量与设计值不同时，会引起排气量和级间压力的变化。?外泄漏?泄漏处以后各级的级间压力变化，累积至最后一级，导致末级压比上升，排气温度升高。?内泄漏?被漏入
8、级的进气压力上升，前一级的排气压力上升，排气温度升高。4.1.3 析水系数?气体中水蒸气的含量湿度?气体的绝对湿度（）1m3气体中含水蒸气的质量。?气体的饱和绝对湿度（s）同温度下，1m3气体中所能含水蒸气的最大质量。?相对湿度（）气体绝对湿度与饱和湿度之比。?P同温度下，气体中水蒸气的分压?Ps同温度下，水蒸气的饱和压力（温度的函数温度的函数）ssPP=水份析出的条件?含水蒸气的气体经压缩后，水蒸气分压力上升。经中间冷却器后温度降低，气体中的水蒸气趋于饱和。当水蒸气分压大于第二级进气温度的饱和水蒸气压力时，析出水份。当水蒸气分压大于第二级进气温度的饱和水蒸气压力时，析出水份。?第一级后水蒸气
9、凝结条件?第二级后水蒸气凝结条件2111ssPP32111ssPP?判断有无水份析出?无水份析出，?有水份析出，计算析水系数1=析水系数?道尔顿分压定律（水蒸气）（干气体）PPPf+=PVVPff=干气体所占容积Qf与排气量Q0的关系（不考虑泄漏）：若第一级没有水份析出，则第二级吸进的湿气体换算到原始状态的容积为：1111pppqqsvf=1111sfvpppqq=22222sfpppqq=析水系数?考虑第二级水蒸气含量的相对改变?注意：j1级有水分析出的情况下，?对任意一级12221112PPPPPPss=1111PPPPPPjsjjsj=1=j1222211122ppppppqqssv=析
10、水系数?表示该级前所有冷却器中因水份析出而引起的该级进气量的减少。j4.1.4 净化系数?一般出现在化工工艺流程中，需要对气体压缩至一定压力后，净化去除某些成分（或添加某些成分）?抽气，c取“”，充气，取“”。01QQcc=4.1.5 供气量?化工工艺流程中，常常将所需气量所需气量用标准状态表示（1.03*105Pa，0）?压缩机的供气量压缩机在单位时间内排出的容积用标准状态表示。?注意注意：供气量不含水蒸气，为干气。()()min/3100111mTpTppqqsvN=4.2 容积流量的调节?用户的耗气量求）?jvjPj1?压力损失、相对泄漏量、进气温度改变会引起级间压力改变。?0jpjP
11、j1?J级泄漏ljP j+1?Tj+1P j+1思考：?对两级压缩，当用户的用气量减少时，会引起级间压力的何种变化？4.2.2 压缩机启动工况下的压力形成?因Vh1Vh2，?此时，二级开始工作。因Vh2Vh3，Pd1缓慢增长。2122222sshsvdVVVVP232dhsPVV基本不变，232dhsPVV=思考：?当多级压缩的压缩机在额定排气压力下启动时，会出现什么情况？可以采用何种措施？4.3 排气温度?级的排气温度级的排气接管处的温度。?压缩终了温度压缩终了时，压缩腔中的温度。nnsdTT1=nnadTT1=排气温度必须受到一定的限制?润滑油：粘度降低，润滑性能变差。空气压缩机中，排气温
12、度高，轻质馏分易挥发，导致空气含油增加，形成积炭现象。?压缩机中积炭形成的原因比较复杂，就润滑油方面来说，主要是空气压缩机内部润滑系统用油以雾状形式与高温、高压、高氧分压的空气和金属催化剂相接触，使润滑油迅速氧化变质，另一方面，油不断蒸发使较重组分的油残留在活塞顶部、排气阀腔和排气管道中，不断受热分解，脱氢聚合。其产物与吸入气体中的机械杂质和压缩机内金属磨屑混在一起，沉积在机体表面上被进一步加热，即成为积炭。（润滑油的氧化安定性）积炭造成的危害?堵塞排气阀及排气管道，排气阀动作不灵活和关闭不严，造成排出气体倒流气缸并重复压缩（即二次压缩），使气体温度迅速上升，高的气体温度又加剧了润滑油氧化反应
13、，而反应热又不能及时放出，使得排气管道内气体温度继续升高。当温度达到润滑油的自燃点时，积存在积炭中的润滑油开始燃烧。不完全燃烧产物，油的热分解产物，气体中的油雾与空气组成了爆炸气体，就发生了爆炸，因此，由积炭引起的着火爆炸是对压缩机安全运转的极大威胁。?压缩氯气?气体中含水可电化腐蚀一般的铸铁及钢。排气温度限制在100度以下。?不含水份时，也有氧化腐蚀作用，排气温度限制在130度以下。?压缩石油裂解气?其中的重碳氢气体温度过高时，能聚合成乳白色胶状物，犹如积炭。一般排气温度限制在100度内。?其它特殊性质气体?乙炔，高温时，能分解能聚合。分解时放出的大量热量可能导致爆炸。排气温度应低于100度
14、。?乙烯，高温高压下也能分解成碳黑和氢，高压时温度限制在80100度。?无油润滑压缩机，排气温度过高，会导致密封原件磨损加剧。造成排气温度过高的原因?Ts过高?多级压缩中，回冷不完善；?气阀周围冷却不好?通过气阀泄漏?压力损失?泄漏?余隙容积（影响级间压力，影响压比）?热交换降低排气温度的措施?采用多级压缩?加强级间冷却?加强气缸外冷却或喷液冷却?减小吸气加热及进排气阻力损失nnsdTT1=4.4 压缩机的功率和效率?压缩机的理论功率取决于压缩过程不同?等温功率Nis压缩机按第一级进口温度，等温压缩至排气压力时的理论循环指示功率。+=+=sdssdjsjjjjisZZZQPZZRTMN2ln6
15、012ln6010)(回冷完善?绝热功率Nad压缩机各级绝热压缩时的理论 循环指示功率之和。=116011kkjjjiskkRTMN2116011djsjkkjTTjjisZZkkRTMNTT+=理想气体：实际气体：压缩机的实际功率?指示功率Ni（各级指示功率之和）=iiWnN60()sjdjsjnnjjTjTjhjvjsjisZZZnnVPnNTjTj21116010+=?轴功率Nz驱动机传给压缩机主轴的功率压缩机的指示功率Ni摩擦功率Nm驱动附属机构所需的功率Na（如油泵、风扇）Nm的分配：活塞环与气缸间填函十字头和滑道间活塞销、十字头销、曲柄销主轴承amizNNNN+=往复摩擦力旋转摩擦
16、力?驱动机输出功率Ne轴功率Nz传动损失功率Nc?驱动机名义功率Ne（考虑储备功率）eeNN)2.11.1(=效率?理想压缩机所需功率与实际功率之比。表征压缩机工作的完善程度，经济性。?等温指示效率压缩机的等温指示效率压缩机的等温指示效率：反映了压力损失，n！1，热交换、泄漏的影响（不计及级间冷却不完善）（不计及级间冷却不完善）压缩装置的等温指示效率：压缩装置的等温指示效率：还反映级间冷却不完善的影响。()()实际循环指示功率理论循环等温指示功率iisisiNN=?等温效率压缩机理论循环等温指示功率与轴功率之比。?同时反映了压缩机指示功率的损失与机械摩擦功率损失的数值。一般为0.60.75?高
17、速、微小型压缩机取下限，大中型压缩机取上限。()()实际循环轴功率理论循环等温指示功率zisisNN=?绝热效率压缩机理论循环绝热功率与轴功率之比。?不同级数压缩机不能直接比较（五级、六级，效率同，但轴功率不同）?相同级数比较时，能突出反映了压力损失，即气阀的工作状况以及泄漏的影响。()()实际循环轴功率理论循环绝热功率zadadNN=?等温绝热效率?反映级数对压缩机经济性的影响()()理论循环绝热指示功率理论循环等温指示功率adisadisNN=adisadis=?机械效率?反映压缩机的机械摩擦损失()()实际循环轴功率实际循环指示功率zimNN=?传动效率?三种传动方式：直联、皮带、齿轮?
18、反映从驱动机到压缩机的传动损失，一般为0.960.99。()()驱动机输出功率压缩机轴功率ezNNd=?容积比能（比功率）一定排气压力时，单位排气量所消耗的功率。?一般用于衡量动力用空气压缩机。?注意工作条件应相同，包括进气条件、冷却水温度及耗水量等。()()压缩机排气量压缩机轴功率0zQN如何提高压缩机的经济性?压缩机功率流示意图?措施?降低摩擦损失（制造、装配质量、良好润滑）?减少压力损失（主要是气阀、气流脉动损失）?合理选择级数和压比，加强气缸冷却，减少传热损失。?减少泄漏（特别是活塞环和填函处）?提高气体的回冷完善度?结构参数的优化设计课堂讨论课堂讨论1.效率的本质是特指方面的损失，请问，为何既要定义等温效率，又要定义绝热效率？它们各反映了哪些方面的损失？为何绝热效率不能对不同级数的压缩机进行直接比较？2.请分析级的等温指示效率随压比的变化关系。3.家用冰箱、空调中采用何种气量调节方式？经济性如何？其它几种调节方式可行性如何？课堂讨论课堂讨论4.三级压缩，中间各级回冷完善，第一级排气量减少后，进排气压力不变时，各级压力比如何变化？5.为保持排气量和排气压力不变，如何对内泄漏和外泄漏进行补偿？6.分析影响排气量和单位气量实际耗功的主要因素。7.用真空泵将一密闭容器抽真空，容器内的最大真空度主要取决于哪些因素？