过程流体机械2.容积式压缩机(2.2节)[章节优讲]

1、2.22.2往复压缩机热力性能和动力性能往复压缩机热力性能和动力性能 内内 容容 提提 要要 往复压缩机热力分析？往复压缩机热力分析？ 往复压缩机排气量和供气量概念？往复压缩机排气量和供气量概念？ 往复压缩机排气量的计算？往复压缩机排气量的计算？ 往复压缩机功率和效率往复压缩机功率和效率？ 1优质教学 2.2.12.2.1压缩机的热力性能和计算压缩机的热力性能和计算 热力性能热力性能：排气压力、排气温度、排气量、 功率和效率 2.2.1.1 2.2.1.1 排气压力、进排气系统排气压力、进排气系统 吸气压力吸气压力第1级吸入管道处。 排气压力排气压力末级排出管道处。 自动阀自动阀 进排气系统见

2、进排气系统见 图图2-21 额定吸、排气压力额定吸、排气压力铭牌上压力 由进排气系统决定由进排气系统决定 、 、 2.22.2往复压缩机热力性能和动力性能往复压缩机热力性能和动力性能 2优质教学 2.2.12.2.1压缩机的热力性能和计算压缩机的热力性能和计算 2.2.1.2 2.2.1.2 排气温度和压缩终了温度排气温度和压缩终了温度 压缩机的排气温度压缩机的排气温度 末级工作腔排气法兰接管处所测得的气体温度 某级的排气温度某级的排气温度TdTd 该级工作腔排气法兰接管处所测得的气体温度 压缩终了温度压缩终了温度TdTd 完成压缩过程，开始排气时的温度 1n n da TT 1n n ds

3、TT （2-26） （2-25） 3优质教学 2.2.1.3 2.2.1.3 排气量和供气量排气量和供气量（ ）一、一、 几个概念几个概念 排气量排气量 （容积流量或输气量） 定义：定义：单位时间内，压缩机最后一级排出气体 体积换算为第1级进口状态时的容积。 注释：注释：排气量是压缩机的吸入量减掉各级泄漏 到压缩机之外的剩余气量，包括分离掉 的冷凝水、洗涤掉的组分和抽气容积， 如中途有气体添加进压缩机，计算时应 扣除该部分气体容积。 V q 2.2.12.2.1压缩机的热力性能和计算压缩机的热力性能和计算 smm/min/ 33 或 4优质教学 供气量供气量 （标准容积流量） 定义定义：单位时

4、间内，压缩机整个装置排出气 体体积换算为标准状态（1atm，0） 时的干气体容积。 注释：注释：供气量是用户从整个压缩机系统中真 正获得的干气体量，包括中间加入和 抽出的，不包含分离掉的冷凝水和洗 涤掉的组分。 理论容积流量理论容积流量 hV q h n VS qV VN q 2.2.12.2.1压缩机的热力性能和计算压缩机的热力性能和计算 5优质教学 二、排气量计算：二、排气量计算： 1. 通过测量最后一级流量计算通过测量最后一级流量计算 VcV d s d s s d VdV qq Z Z T T p p qq 11 1 1s1 1w m p p q s sa V nqVd 末级排出气体量

5、；末级排出气体量； nqV分离水分，折算为第一级进口状态分离水分，折算为第一级进口状态 nqVc中间清除掉的气体，折算为第一级进口中间清除掉的气体，折算为第一级进口 n 状态。若是中间加入气体，应带入负值。状态。若是中间加入气体，应带入负值。 2.2.12.2.1压缩机的热力性能和计算压缩机的热力性能和计算 （2-27） （2-28） 6优质教学 2. 通过吸入量减去泄漏量计算通过吸入量减去泄漏量计算 其中 ： -容积效率 1111 1 V SVptl SV q n V n V 实际吸入量泄漏量 2.2.12.2.1压缩机的热力性能和计算压缩机的热力性能和计算 1V （2-29） 7优质教学

6、2.2.1.4 2.2.1.4 压缩机热力分析和计算压缩机热力分析和计算 析水系数析水系数 定义：定义：压缩机第i级吸入的析出水分后的湿饱和 气体体积折算至第一级状态下的数值，与 第一级实际吸入的容积之比。 注释：注释：表示某级前因水蒸气凝析造成的气体体积 损失的程度。 2.2.12.2.1压缩机的热力性能和计算压缩机的热力性能和计算 8优质教学 空气相对湿度空气相对湿度: 第一级排气冷却后有水分析出的条件：第一级排气冷却后有水分析出的条件： 2.2.12.2.1压缩机的热力性能和计算压缩机的热力性能和计算 2 12 1 s sasa s p pp p （2-30） 3 3 m m 1空气中所

7、含的水蒸汽量 同温度下1空气中所含的饱和水蒸汽量 水蒸汽分压 同温度下饱和水蒸汽压 9优质教学 假设第一级吸入1m3相对湿度为的湿空气，则 第一级进口干气体体积：第一级进口干气体体积： 第二级进口干气体体积第二级进口干气体体积： 第二级进口总体积：第二级进口总体积： 11 1 1 1 ssa s pp V p 221122 22221 ssass sss ppV p TV pVV p T 第二级进口干气体分压第二级进口干气体体积 第二级进口总压第二级进口总体积 12 21 21 ss ss pT VV pT 2.2.12.2.1压缩机的热力性能和计算压缩机的热力性能和计算 （2-31） （2-

8、33） 12211122 21 212212122 112 221 sssssasss ssssasssssa ssas ssas pTppppTp VV pTppppTpp ppT ppT 10优质教学 11 1 ssa i s pp p 112 2 221 3 2 112 2 221 ssas ssas ssas ssas ppp V ppp ppp ppp 折算到第一级进口状态 与第一级进口的湿气体体积（1m）之比为第二级的析水系数 11 1 ssasi i sisais ppp ppp 任意第任意第i级的析水系数：级的析水系数： 2.2.12.2.1压缩机的热力性能和计算压缩机的热力性

9、能和计算 （2-35） （2-34） 当压力较高时， 1 si saisi sisai p pp pp （2-36） 11优质教学 2.2.12.2.1压缩机的热力性能和计算压缩机的热力性能和计算 泄漏系数泄漏系数l 定义：定义：压缩机末级排出的气体体积折算至第i级状 态下的数值，与第i级实际吸入的容积之比。 注释：注释：反映第i级及第i级之后的泄漏量。理论难以 精确计算，工程中多根据经验选取。 抽气系数抽气系数c 定义：定义：压缩机第i级吸入的经抽气或补气的气体体 积折算至第一级进口状态的数值，与第一 级实际吸入容积之比。 注释：注释：表示某级前因抽、加气造成对气体体积影 响的程度。 12优

10、质教学 各关系见图2-23： 2.2.12.2.1压缩机的热力性能和计算压缩机的热力性能和计算 13优质教学 工作容积工作容积 第第i级：级： 11 1 s si Vi cii si si V si Z Z T T p p n q V 2.2.12.2.1压缩机的热力性能和计算压缩机的热力性能和计算 第第1级：级： （2-38） 14优质教学 2.2.1.5 2.2.1.5 功率和效率功率和效率 一一. 功率功率 轴功轴功压缩机消耗功，包括： 指示功率指示功率Ni 轴功率轴功率Nz 比功率比功率单位排气量消耗的功率单位排气量消耗的功率 克克服服机机械械摩摩擦擦摩摩擦擦功功 压压缩缩气气体体指指

11、示示功功（压压缩缩功功） 2.2.12.2.1压缩机的热力性能和计算压缩机的热力性能和计算 1 60 z iij j n NW 15优质教学 二二. 机械效率机械效率 Z i m N N 计算、实测得到。计算、实测得到。 2.2.12.2.1压缩机的热力性能和计算压缩机的热力性能和计算 16优质教学 三热效率三热效率 n等温指示效率：等温指示效率：理论等温循环指示功与 实际循环指示功之比。 n绝热指示效率：绝热指示效率：理论绝热循环指示功与 实际循环指示功之比。 n等温轴效率：等温轴效率：理论等温循环指示功与轴 功之比。 n绝热轴效率：绝热轴效率：理论绝热循环指示功与轴 功之比。 2.2.12

12、.2.1压缩机的热力性能和计算压缩机的热力性能和计算 17优质教学 2.2.22.2.2压缩机的动力性能和计算压缩机的动力性能和计算 内容：内容： 作用力的分析 惯性力、惯性力矩的平衡 驱动力矩、阻力矩的平衡（即飞轮矩的确定） 2.22.2往复压缩机热力性能和动力性能往复压缩机热力性能和动力性能 一一. . 所受力：所受力： 惯性力惯性力：往复质量、不平衡旋转质量造成的； 气体力：气体力：气体压力造成的； 摩擦力：摩擦力：接触面相对运动造成的； 重力：重力：重量造成的（忽略不计）。 18优质教学 1 1惯性力惯性力 F F惯惯=-ma=-ma 质量质量m 质量m的运动为： 往复运动：往复运动：

13、活塞、活塞杆、十字头部件； 摆动：摆动：连杆 旋转运动：旋转运动：曲柄轴（或曲拐轴） 认为质点系统：见图 2.2.22.2.2压缩机的动力性能和计算压缩机的动力性能和计算 19优质教学 lps mmm ll ll m.m m.m 6070 4030 2 1 c c c m m m lcr mmm a.往复质量：往复质量： l p m m 连杆小头质量连杆小头质量 往复质量往复质量 2.2.22.2.2压缩机的动力性能和计算压缩机的动力性能和计算 b.旋转质量：旋转质量： 见图见图 见图见图 2 2 2 2 cc mrm 22cc m r m 其中：其中： 20优质教学 加速度加速度a 见图 则

14、：（曲柄连杆比：=r / l） 21 4 1 360 coscosr cosrcoslrlx 2 2 sinsinrv 2 2 coscosra 2.2.22.2.2压缩机的动力性能和计算压缩机的动力性能和计算 21优质教学 惯性力的计算惯性力的计算 a. 质点质点A的往复惯性力：的往复惯性力： 2 22 cosrmcosrmamI sss 2 rmI rr 规定：元件受拉力规定：元件受拉力( () )，元件受压力，元件受压力( () ) b.质点质点B的旋转不平衡惯性力：的旋转不平衡惯性力： 规定：曲柄受拉力规定：曲柄受拉力( () )，曲柄受压力，曲柄受压力()() 2.2.22.2.2压

15、缩机的动力性能和计算压缩机的动力性能和计算 (一阶往复惯性力一阶往复惯性力) (二阶往复惯性力二阶往复惯性力) (方向向外方向向外) 22优质教学 3 3摩擦力摩擦力(摩擦力太小，一般忽略不计) a. 往复摩擦力RS b. 旋转摩擦力Rr pag AppF 2 2气体力气体力 2.2.22.2.2压缩机的动力性能和计算压缩机的动力性能和计算 其中：p=f()，变值，气缸内气体压力； p a气缸外气体压力（或活塞另一 侧气体压力） 规定：使活塞杆受拉为规定：使活塞杆受拉为( () )，受压为，受压为( () ) 23优质教学 三、惯性力平衡三、惯性力平衡 平衡惯性力的原因：减少振动。平衡惯性力的原因：减少振动。 旋转惯性力的平衡 采用加平衡重平衡旋转惯