1、能源与动力工程学院 轮机工程系,船舶辅机 Marine Auxiliary Machinery电子教案赵在理,第一篇 船用泵和空气压缩机,第六章 活塞式压缩机泵,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
2、压场所由减压阀供气 有一台柴油机驱动的微型应急空压机。,第一节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
3、出过程-活塞继续上行 K2开启，气体排出 缸内P不变，直到上止点 曲线23,6-1-1 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
4、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(流动阻力)，气体顶开K1进入缸内 曲线3一4,6-1-2 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0.110.16,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,6-1-2 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。 吸入行程终了，缸内压
5、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,6-1-2 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随
6、压力比的增高而降低， 一般t=0.900.95,6-1-2 漏泄的影响,由于气阀、活塞环等密封不严而造成泄漏，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
7、数目。 实际Q小于Vc。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。,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 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
8、指示效率更低 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,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
9、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
10、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。,
