教案-往复式气体输送管路系统的操作与控制

1、流体输送设备操作与控制情境五：往复式气体输送管路系统的操作与控制课程单元1：输送设备结构与选型（学时：6）授课班级 上课时间周 月 日 第 节上课地点理实一体化多媒体教室教学任务掌握往复式气体压缩机的理想工作循环、实际工作循环、余隙系数和容积系数等，熟悉往复式气体输送机械的工作原理，能够根据给定输送任务选择合适的往复式气体输送机械。教学目标能力（技能）目标知识目标1、 能够完成典型往复式气体输送机械的简单拆装；2、 掌握典型往复式气体输送机械的结构；3、 掌握往复式气体压缩机的理想工作循环、实际工作循环、余隙系数和容积系数等；4、 熟悉往复式气体输送机械的工作原理5、 能够根据给定输送任务选择

2、合适的往复式气体输送机械。熟悉典型拆装工具的使用；1、气体输送基础；2、往复式气体输送机械；3、理想工作循环；4、实际工作循环；5、余隙系数；6、容积系数；7、气体输送影响因素；8、根据给定输送任务选择合适的往复式气体输送机械。教学步骤序号内容教学方式占用时间（学时）1往复式气体输送机械的分类实物教学12往复式气体输送机械的结构和工作原理实际操作33往复式气体输送机械初步设计与选型任务驱动245678授课主要内容、课时分配、版书设计输送设备结构与选型（课程单元名称）步骤一：课程引入 分组教学，3人一组。 实训中心观摩压气站现场，感官认识压气机设备。步骤二：往复式气体输送机械的分类结合实物现场讲

3、解典型往复式气体输送机械 往复式压气机按照不同特征进行分类： (1)按压缩级数分为：单级（图1）；双级（图2、图3）；多级； 图1往复式单级压气机简图 图2往复式双级压气机简图a一单作用；b一双作用图3对称平衡式双级压气机的结构图1-一级气缸；2-一级活塞；3-曲轴；4-曲轴箱；5-油池；6-活塞杆；7-十字头；8-密封填料；9-连杆；10-轴瓦；11-二级气缸；12-二级活塞；13-联结箱；14-机架；15-冷却水管；16-气压表；17-中间冷却器(2)按主轴一转内吸气次数分为：单作用；双作用；(3)按气缸位置分为：卧式；立式；角度式（L型、V型、W型）(图4图8)；(4)按冷却方式分为：水

4、冷；气冷；(5)按转数多少分为：低转速；中转速；高转速。图4 4L-20/8型空气压缩机剖面图图5 回转式压气机简图l一吸气管；2-外壳；3-转子；4-转子轴；5-转子上的滑片；6-空气压缩室；7-排气管；8-水套图6 DA350-61型离心式空气压缩机剖面图1-吸气室；2-工作轮；3-扩压器；4-弯道；5-回流器；6-蜗壳；7-前轴封；8-后轴封；9-轴封；10-气封；11-平衡盘图7 LG25/16-40/7螺杆式空气压缩机主机组剖面图l一一级主机：2-二级主机；3-增速箱图8 YW9/7-I-型移动式空气压缩机横剖面图步骤三：往复式气体输送机械的结构和工作原理现场拆卸实施一：3人一组，领

5、取工具后进行往复式气体输送机械。实施二：拆卸过程中讲授结构与工作原理一、往复式压气机的构造固定式往复压气机的结构型式一般为立式、卧式或直角式，移动式小型压气机则常采用V形或W形。绝大多数往复式压气机都做成两级的，只有少数排气量很小的压气机才做成单级的。单级压气机的主要缺点是当排气压力超过588686kPa(67计示大气压)时，其排气温度往往超过规定的许可数值(160180)。我国生产了排气量为10、20、40及100m3/min的各种固定式压气机，并生产了排气量为1、3及6m3/min的移动式压气机，可满足各工业部门的需要。图9表示排气量为l0m3/min、额定压力为686kPa(7计示大气压

6、)的1-10/7型单级卧式压气机的安装总布置图。压气机是单缸双动式的，用水冷却，具有自动压力调节器。所用电动机的功率为75kW。压气机轴的转速为290r/min，采用三角皮带传动。图9 1-10/7型单级卧式压气机的安装总布置图现代往复式压气机是由大量的不同零件所组成的。这些零件与蒸汽机及内燃机的零件相仿，根据它们的任务和工作性质，可分为下列几组：(1)运动机构组：包括机架、主轴承、主曲轴、连杆、十字头及飞轮。(2)气缸组：包括气缸、气缸衬、气缸盖及填料箱。(3)活塞组：包括活塞、活塞环及活塞杆。(4)配气机构：包括阀室和气阀。(5)调节装置：包括实现排气量和压力调节的各种机件，如附加余隙容积

7、、辅助用的阀和管道等。(6)冷却装置：包括中间冷却器和水套。(7)润滑装置：包括油泵、滤油器、管道、油冷却器等。除润滑装置将在后面讨论外，现在分别介绍这些零件。机架与轴承 机架用普通铸铁做成，为压气机的支持部分；压气机的气缸即固定于其上。不同型式的压气机具有不同型式的机架。压气机主轴承的底座和机架铸成一个整体。轴承内衬了轴瓦，轴瓦的内表面镶了巴氏合金。轴承盖与底座用螺栓和螺母固定在一起。新型的压气机也有采用滚珠轴承的。气缸 低压和中压（1960kPa 20计示大气压以下）气缸用高级铸铁做成，高压气缸则用铸钢做成。气缸壁上铸成一个中空体，叫做水套，冷却水不断由其中流过。气缸头上有气缸盖，侧面有装

8、润滑油管的小孔。气冷式压气机的气缸，则用向外伸出的散热片代替水套。散热片与气缸铸成一个整体，外界空气与散热片接触，产生自然对流，使气缸得到冷却。活塞 活塞用铸铁制成。单动式压气机的活塞为杯状，内部装有活塞销，活塞销固定在活塞壁的孔中。连杆的一端即套在活塞销上。双动式压气机使用盘状活塞。活塞杆用螺母紧固在活塞上，杆的另一端则与十字头连在一起。为了防止高压腔的空气泄漏到低压腔，在活塞周围表面的槽中装有活塞环。活塞环由高级铸铁做成，应具有足够的弹性，对于单动式压气机，还装有去油环，以去掉气缸壁上过剩的润滑油。十字头 在双动式压气机中须采用十字头，用它来连接活塞杆与连杆。在十字头的两边，装有两块可以更

9、换的滑块，滑块在平行道内往复运动。由于十字头承受反复载荷，所以通常用高级铸铁或铸钢制成。连杆 连杆的一端用销子与十字头连接或直接与压气机的活塞相连，另一端则与主曲轴相连。与十字头相连接的一端叫做连杆头，与主曲轴相连的一端叫做曲柄头。连杆头中有衬套。曲柄头是由两半块合成，里面有衬套，有时称此衬套为连杆轴承。连杆用铸钢做成。曲轴 曲轴是用优质钢锻造成的。在压气机中，曲拐一般位于轴颈之间。在两级压气机中，两个曲拐通常互成90°或180°。填料箱 为了防止活塞杆穿过气缸盖处发生漏气，必须采用填料箱作为密封装置。把棉质或金属填料放在箱内，外面用压盖压紧，压盖则用螺栓紧固在气缸盖上。中

10、间冷却器 中间冷却器的主要任务是降低进入第二级气缸的空气温度，以节省功率并析出压缩空气中的油分和水分，其结构型式有多管式、突片式和散热器式3种。大型压气机大都采用多管式中间冷却器只有小容量的移动式压气机才采用散热器式。为了节约钢材与减轻冷却器的重量，小型压气机的冷却器可改成突片式，其构造如图10所示。L-20/8型压气机即采用了突片式冷却器。图10压气机的突片式冷却器为了使压缩空气中的水蒸气与油分进一步凝结，以减少管网内的凝结物并避免水蒸气在用户生产现场的风动机械内凝结，某些排气量大的压气机，设有压后冷却器。压后冷却器的构造与中间冷却器大致相同。 气阀 为了周期地使压气机气缸的工作容积与吸气管

11、道和排气管道相通，也就是说为了实现吸气过程与排气过程，必须采用吸气阀和排气阀。现代压气机几乎无例外地都采用平板形的阀。气阀依照阀片的形状分为片状、环状、条状3种，依照阀体的形状分为圆形、矩形和圆锥形3种。为了保证压气机工作的经济性和可靠性，阀片与阀座的接触面应极平滑，使阀关闭时严密不漏气；弹簧的刚度应合适，以保持阀的开启和关闭迅速并减少损失。图11表示片状阀的构造，阀片1由3个相互连在一起的同心圆环组成。中间的环是断开的，它起弹簧的作用。阀片1放在阀座2上，阀片的圆环把阀座上的3个环形孔堵住，阀开启时空气即由此环形孔通过。阀的上方有阀挡盖3，弹性钢片4贴在阀挡盖上，它用来吸收阀片升起时的冲击。

12、阀挡盖用螺钉5固定在阀座上。为了得到所需要的升程，须在阀片1和弹性钢片4之间放一垫片6。螺钉7是用来防止阀片1和钢片4绕轴旋转的。为了使阀迅速关闭，在挡盖3中装有螺旋弹簧8。 图11片状阀的构造 图12环状阀的构造1-阀片；2-阀座；3-阀挡盖；4-弹性钢片； 1-阀座；2-环状阎片；3-弹簧；5-螺钉；6-垫片；7-螺钉；8-螺旋弹簧 4-弹簧支承座；5-阀挡盖；6-螺钌大型压气机大都采用片状阀或环状阀。在排气量很大的压气机中，为了增大气阀通道的面积，有时采用圆锥形阀体的气阀（图12）。L-100/8型压气机即采用这种气阀。条状阀片分布在锥形阀体的周围。阀体即作为阀挡盖。阀座在阀体的内部。阀

13、片装在阀体与阀座之间。除阀体以外，吸气阀与排气阀的零件都可互换。图13圆锥形阀体的气阀a-吸气阀；b-排气阀1-关闭机构；2-弹簧；3-阀座；4-阀体；5-导向环；6-压紧螺钉二、压气机的辅助设备为维持压气机的正常工作，通常还需要一些辅助设备：空气过滤器、冷却器和油水分离器等。1空气过滤器（1）必要性自然界的空气在进入空气压缩机之前，必须经过空气过滤器以滤清其中所含的灰尘和其他杂质。一般要求通过过滤器之后空气中所含的灰尘量小于1.0 mg/m3，空气过滤器的终阻力不大于294Pa(30mmH20)。灰尘和其他杂质大量进入空气压缩机后，将使各机械运动表面磨损加快、密封不良、排气温度升高、功率消耗

14、增大，因而压缩机的生产能力相应减少，压缩空气的质量也大为降低。（2）含尘浓度空气的含尘浓度指单位体积空气中所含的灰尘量，其表示方法有多种：重量浓度：单位体积空气中所含的灰尘重量，称为重量浓度，其单位以mg/m3表示；颗粒浓度：单位体积空气中所含灰尘的各种粒径的颗粒总数，称为颗粒浓度，其单位以粒m3或粒/L表示；粒径颗粒浓度：单位体积空气中所含某一粒径范围内灰尘颗粒数，称为某一粒径范围的颗粒浓度，其单位以粒m3或粒/L表示。（3）过滤效率由于含尘浓度的表示方法不同，所以空气过滤器的过滤效率也分为计重效率、计数效率和粒径计数效率。 (a)计重效率： (1)式中g1、g2分别为过滤器前、后空气的重量

15、浓度，mg/m3。在计重效率中，由于试驻时所采用的尘源和测试仪器的不同，又有许多不同名称之分。 (b)计数效率： (2)式中 n1、n2分别为过滤器前、后空气的颗粒浓度，粒/L。 (c)粒径计数效率： (3)式中 n1、n2分别为过滤器前、后空气中某一粒径范围的颗粒浓度，粒/L。（4）典型案例 (a)金属网空气过滤器。图14为金属网空气过滤器的外形图。它是由钢制金属网箱和在其内填装的数排金属波状网构成，网上涂浸粘油。 图14金属网空气过滤器外形过滤后空气中含尘浓度平均低于0.5mg/m3，其结构特征见表1所列。金属网空气过滤器的优点是制造方便，可采取水平或垂直安装方式，并便于以不同块数相组合，

16、通过的空气流速大。缺点是过滤效率较低。金属网空气过滤器的性能见表2表1金属网空气过滤器的结构特征型号网格层数波纹/mm网格规格/mm外形尺寸/mm重量/kg备注高间距前部中部后部长宽HBb大型185.514520520105553010.5小型125.5145205206033256.5表2金属网空气过滤器的性能型号风量 m3.h-1初阻力 Pa（mmH2O）终阻力Pa（mmH2O）容尘量 g发尘量g耗油量g.块-1效率 %备注大型150052.92（5.4）107.8（11.0）450.46604.3818.775均为实验数据小型150041.16（4.2）90.3.6（8.2）264.00

17、344.77105.777注：1.实验尘流由20%炭黑和80%无烟煤粉组成，均经球磨80h。粉尘密度1.51g/m3，分散度为2m占7%，1.33m占27%，<1.33m占66%。 2.粉尘浓度为11mg/m3 3.实验在常用纯大气情况下测定。金属网空气过滤器的阻力与流量关系特性曲线如图15所示。图15 金属网空气过滤器的阻力与流量关系特性曲线 (2)填充纤维空气过滤器。填充纤维空气过滤器过滤后的空气中，含尘浓度低于0.20.5mg/m3。填充纤维空气过滤器由钢制内外框金属箱并填充平均直径小于251m的玻璃纤维或聚苯乙烯纤维而构成，内框两侧装有细的金属网，使填装的纤维密度保持一致。图16

18、是填充纤维空气过滤器的外形图。图16 填充纤维空气过滤器外形2冷却器（1）必要性空气压绾机的排气温度高达140170，压缩空气中所含的水蒸气及油均为气态，如带至贮气罐和管网中，将发生下列影响：1 油蒸气聚集在贮气罐中，形成易燃物，有时甚至是爆炸混合物；2 带走了润滑油，使机器润滑状况恶化并污染管道；3 由于渣子沉积于管道内而减小了管道截面积，并且聚集在个别管段内的凝结水在受到气流压力下有引起水击的危险；4 在冰冻地区的冬天，凝结水使管道和附件冻结；5 含有油和水分的压缩空气供给用户后会降低风动工具的生产效率，并有可能引起用气设备生锈和腐蚀。 （2）典型案例 冷却器的设计，应该在保证达到预定的冷

19、却效果的前提下，力求结构紧凑，节省材料，制造工艺性能好，气流流动阻力损失小，运动可靠以及安装检修方便。 A 多管式冷却器。多管式冷却器的结构形式如图17所示。它主要由简体、封盖、芯子所组成。芯子由一束胀接或焊接在两头管板上的换热管以及折流板、旁路挡板、拉杆和定距管所组成。图17多管式冷却器的结构形式1一固定管板；2-冷却水管；3-活动管板；4-隔板；5-外壳在多管式冷却器中，一般冷却水在管内流动，空气在管间流动。管内流动的冷却水可以是单程或双程流动，也可以是三程或四程流动。通过隔板的配置，管外的空气以垂直于管束的流向多程地曲折前进。多管式冷却器运行时外壳和管束的温度是不同的，因此必须考虑热膨胀

20、的补偿措施。多管式冷却器的管束间相邻导管的中心距，一般取导管外径d2的1.251.50倍，但其最小值受导管在端板上胀接的影响，不得小于56mm。根据一般使用经验，导管内径均取d1=1220mm。多管式冷却器一般使用的压力p3050MPa。近年来，为了达到高压，采用空气在管内流动的设计，已得到广泛应用。B 散热片式冷却器。在导管上配置散热片能增大空气侧的传热面积，能较大地提高热交换能力，并相应地缩小冷却器尺寸和重量。在L型活塞式空气压缩机中已广泛应用散热片式冷却器。3油水分离器（1）必要性油水分离器（或称液气分离器）的功用在于分离压缩空气中所含的油分和水分，使压缩空气得到初步净化，以减少污染、腐

21、蚀管道和对用户的使用产生不利影响。（2）结构形式油水分离器的作用原理，根据不同的结构形式，是使进入油水分离器中的压缩空气气流产生方向和速度的改变，并依靠气流的惯性，分离出密度较大的油滴和水滴。油水分离器通常采用以下三种基本结构形式：1 使气流产生环形回转；2 使气流产生撞击并折回；3 使气流产生离心旋转。在实际应用中，以上的结构形式如同时综合采用，其分离油、水的效果则更加显著。三、往复式压气机的理论工作循环往复式压气机主要是由气缸和作往复运动的活塞构成。图18表示单级单作用压气机的简图及理论工作循环图。当活塞2自左端向右运行时气缸1内造成真空，外界的空气以压力P1推开吸气阀3进入气缸。待活塞至

22、右端时共吸入容积为V1的空气。随后活塞返行，吸气阀关闭，空气受到压缩。当活塞行至某一位置空气被压缩为V2的容积时，其压力恰好等于风包中的压力P2。活塞继续左行，空气即推开排气气阀4进入风包。待活塞行至左端，排气终了，遂完成一个循环，压气机轴至此恰好转了一转。以后，上述过程又重复进行。（1）理想假设1 压气机没有余隙容积，排气终了时气缸中没有剩余空气；图18往复式单级单作用压气机的简图及理论工作循环图2 吸气时气缸内空气压力与温度保持不变，且与周围大气的压力和温度一样；3 压缩过程为压缩指数n等于常数的等温过程、绝热过程或多变过程；4 排气时气缸内空气压力与温度始终保持不变，且与排气管道及风包中

23、的空气压力与温度相同；5 气阀、活塞与气缸壁间、填料函等处没有漏气。图18上部所示为按照上述假定条件工作的压气机的理论示功图。纵坐标代表气缸中空气的绝对压力，横坐标代表气缸中空气所占的容积，于是吸气过程可用与横坐标轴平行的直线a1代表，压缩过程用曲线12代表，排气过程则用直线2b代表。（2）理论工作循环计算一个循环内对压气机所作的全功等于吸气功、压缩功与排气功的总和。考虑活塞对空气做的功为正值，空气对活塞做的功为负值。吸气功LB可按下式计算： LB=-P1AS1=-P1 V1，式中P1吸气压力，N/m2；A活塞的面积，m2；Sl吸气过程中活塞所行距离，m；Vl吸入空气的容积，m3。排气功为：

24、LH= P2FS2=P2 V2式中 S2排气过程中活塞所行距离，m;V2排出的压缩空气的容积，m3。 压缩功为： 一个循环内压气机的全功为： 吸气功与排气功可用示功图图18中直线al下的矩形面积与直线2b下的矩形面积表示，压缩功则用曲线12下的面积表示。因此面积a12b表示一循环内压气机的全功。四、往复式压缩机的实际工作循环往复式压气机的实际工作循环与理论工作循环的差别是：(1)存在余隙容积；(2)吸气时压力降低与排气时压力升高；(3)吸入空气的温度增高；(4)气阀、活塞与气缸壁间、填料函等处漏气；(5)空气的湿度。使得压气机的实际排气量减小并使压缩lkg或1m3吸入空气所需的全功增加。压气机

25、排气量是压气机在单位时间内所排出的压缩空气换算到周围大气温度和压力下所占的容积，通常以m3/min表示。1余隙容积的影响余隙容积是排气终了时未排尽的剩余压缩空气所占的容积，也就是活塞到达死点位置时它与气缸盖及气阀之间的空间。讨论余隙容积的影响时先不考虑其他因素的影响，仍然假定吸气压力P1等于大气压力pa；排气过程中的排气压力P2等于风包压力Pc。在图19中，排气终止于点3，在余隙容积中剩余的压缩空气的容积为：VBP=mVT式中 VT活塞排量，即活塞掠过的容积；m余隙系数，即余隙容积占活塞排量的百分数，通常m=0.020.06。图19有余隙容积的压气机的理论工作循环在活塞往右移动的吸气过程中，余

26、隙容积中剩余的压缩空气发生膨胀，因此吸气不是在活塞行程的起点3开始，而要等到气缸中的压力降到大气压力的点4时才开始，因此吸入的空气不是VT而是Vs，也就是减少了压气机的排气量。吸气量Vs与活塞排量的比值为：式中0容积系数或容积效率。实质上0还只是理论容积系数，因为还未考虑吸气压力降低和排气压力升高的影响。容积系数的大小与余隙容积系数、压缩比和压缩指数有关。要想使压气机的容积系数大，必须把机器的余隙容积做得小，压缩比不能过高，并且在运转中冷却得好，使压缩空气在膨胀过程中少吸收热量，接近于绝热膨胀。2、吸气时压力降低与排气时压力升高的影响空气由大气中吸入气缸时，必须克服空气过滤器、吸气管道及吸气阀

27、通道内的阻力，还要克服气阀开启时阀片和弹簧的惯性力等，所以吸气时气缸内的空气压力P1总是低于大气压力pa。同理，由于排气阀、排气管道和排气管上阀门等处具有阻力，以及排气阀片和弹簧的惯性力，排气时气缸内的压力P2则大于风包内的压力Pc。图20表示吸气压力降低及排气压力升高时的示功图。由于吸气时压力降低，开始压缩的点1往往在大气压力线的下面。在此情况下吸入空气的容积折合成大气压力下所占的容积为。如果吸气压力等于大气压力，则吸人空气的容积为VS。由于吸气压力降低使排气量减小的系数为： （其值一般为0.950.98）排气压力升高将使余隙容积中剩余空气膨胀后的容积增大，也使吸气量减少，但所产生的影响较小

28、。至于吸气压力降低及排气压力升高对压气机的功的影响，也可由图20来研究。这时的示功图面积为1234。吸气压力等于大气压力，排气压力等于风包压力，压缩相同重量空气的示功图面积为12 34 。图中的阴影部分为两者之差。所以吸气压力降低与排气压力升高将使压缩相同重量空气的压气机全功增加。图20吸气压力降低及排气压力升高时的示功图3、吸入空气温度增高的影响在吸气过程中吸入的空气遇着热的气缸壁，吸收其热量而增高了吸人空气的温度。再者，余隙容积中余留的压缩空气与吸入空气混合以后也增高了吸气温度。温度升高就降低了吸入空气的密度，从而减少了压气机以重量计的排气量。由于吸入空气温度升高使排气量减少的系数T一般在

29、0.94到0.97之间。通常吸气温度升高3时约增加1%的功。4、主机系统漏气的影响压气机的漏气，主要发生在下列各处：(1)吸气阀不严密，压缩时部分空气返回吸气管道；(2)排气阀不严密，在吸气冲程中排气管道中的空气漏回气缸；(3)活塞和填料箱不严密，在压缩和排气时空气从缝隙中漏过。漏气不但使压气机的排气量减少，还间接增加了压气机工作时所消耗的功。YT为考虑漏气使排气量减少的系数，其值一般为0.950.98。有时由于安装或维护得不好，会使漏气量达到很大的数值。5、空气湿度的影响含有水蒸气的大气，称为湿空气。湿空气的密度小于干空气的密度。由于压气机吸入的是湿空气，遂使压气机以重量计的排气量，比吸人于

30、空气时为少。而且吸人的空气中所含的水蒸气，有一部分在冷却器或风包内凝结成水而排出，也减少了压气机的排气量。考虑空气湿度使压气机排气量减少的系数BH一般在98%左右。5、 往复式压气机的功率及效率1、压气机的排气量在压气机排气管道上装设流量计，可以测出单位时间内流过的空气容积，把它换算成大气温度和大气压力下所占的容积，便得到压气机的实际排气量VK。根据气缸尺寸和转数可求出压气机的理论排气量。对于单作用式压气机，其理论排气量为： 式中 VT压气机的理论排气量，m3min;D气缸的内直径，m；S活塞行程，m；n压气机的转数，r/min。对于双动式压气机，其理论排气量为： 式中 d活塞杆的直径，m。如

31、为两级或多级压气机， D则为低压气缸之内径。如有两个或多个吸气气缸，则公式的右边应乘以相应的倍数。实际排气量与理论排气量之比值，称为供气效率：值一般在0. 75-0.9范围内。在单级压气机中，由于压缩比较高，之值较小，供气效率往往较小。2、压气机的功率压气机按理论工作循环工作时所需的功率，称为理论功率。当压缩过程为等温过程时，压气机所需功率称为等温理论功率。当压缩过程为绝热过程时则所需功率称为绝热理论功率。等温理论功率NT.H3(kW)按下式计算： 式中 Lv.3压气机按等温压缩时对1m3吸人空气的全功；VK压气机的排气量，m3min。空压机的绝热理论功率则为：式中 Lv.a压气机按绝热过程压

32、缩时对1m3吸人空气的全功。压气机的实际功率须用实验方法来求。实际功率有好几种。压气机活塞上所需功率为指示功率，其值一般可由压气机的实际示功图中求出平均指示压力后，再按公式计算。图21中的h为示功图的平均高度，l为示功图的长度，都用mm做单位。H和l的乘积等于示功图中的面积。根据与l的数值求出h后，即可按下式求出平均指示压力：Pi=h/m式中 m示功器内弹簧的尺标，mm/at。对于单气缸单动式压气机，指示功率Ni(kW)为：式中 A活塞的工作面积，m2；S活塞的行程，m;n压气机的转速，r/min。对于单气缸双动式压气机或多气缸压气机，则指示功率为活塞两侧指示功率或各个气缸指示功率的总和：图2

33、1往复式压气机的实际示功图3、压气机的效率压气机的理论功率与指示功率的比值称为指示效率。（1）等温指示效率以等温理论功率为度量标准，则等温指示效率应表示为：（2）绝热指示效率如以绝热理论功率为标准，则绝热指示效率为： i.3的数值一般在0. 720. 80范围内，而i.a的数值则在0.900.94范围内。（3）机械效率压气机轴的联轴器上所需的功率NK称为轴功率。指示功率与轴功率的比值称为机械效率：Mex的值随压气机的结构、制造质量及润滑是否良好而改变，一般在0.850.95范围内。（4）传动效率压气机的轴功率与原动机轴上功率NB的比值称为传动效率，可用下式表示：n考虑了皮带轮转动或齿轮传动的损

34、失，其值视传动方法而改变，一般在0.950.98范围内。当压气机与原动机直接传动时，则NB=NK，于是，n=1。六、往复式压气机的压缩比1、单级压气机的压缩比压气机的容积效率随着压缩比的提高而不断减小，同时压缩终了时的温度随着压缩比的提高而增大。当空气温度过高时气缸内润滑油将分解和燃烧，以致在气阀上形成积垢，破坏正常工作，甚至会引起风包及排气管道的爆炸。所以气缸的润滑规定必须采用燃点较高的压缩机油。压缩终了的温度应不超过160180。压缩终了时的空气温度为：由此可得：由此公式所决定的压缩比，称为压气机的极限压缩比，受压缩终了时温度的限制。假定开始压缩时的温度为20，压缩终了时的温度为180，n

35、= 1.4，则极限压缩比为4.6。实际上由于气缸在进行冷却（n<1.4），压缩比一般可限制为55.5。小尺寸的单级压气机，压缩比可达到78。2、往复式压气机的两级压缩及多级压缩压气机要获得较高的排出压力，须进行两级或多级压缩。图22为两级立式压气机示意图。大气中的空气由吸气管经吸气阀KB1进入低压气缸。在低压气缸内空气被压缩到某一中间压力Px后推开排气阀KH1流人中间冷却器进行冷却。冷却后的空气经吸气阀KB2进入高压气缸再进行压缩。被压缩到终压力P2的空气最后经阀KH2排入排气管道。图22两级立式压气机示意图图23及图24所示为理想的两级压缩的示功图和温熵图。点1表示第一级气缸内压缩开始

36、时的空气状态。空气由压力P1按照多变过程压缩到中间压力Px，线1A即为压缩线。在中间冷却器内空气在压力不变的条件下冷却到温度T1，比容则减小为Vx，AB即为冷却线。示功图中的点B位于通过点1的等温线上。在第二级气缸内空气由状态B按相同压缩规律压缩到终压力P2，B2为压缩线。如果不经过中间冷却器，整个压缩过程将按线1A2'进行。图中的阴影面积AB22代表两级压缩比单级压缩所节省的功。温熵图中表明，两级压缩时最后温度T2比单级压缩时的最后温度T2要低。由于两级内压缩比相等，最后温度T2等于低压气缸压缩终了时的温度TA。 图23两级压缩的示功图 图24两级压缩的温熵图3、海拔高度对压气设备的

37、影响以符号G0，VO，P0，T0表示压气机位于海拔平面上的吸气重量(kg)、吸气容积(m3)、吸气压力( Nm2)及吸气温度(K)等参数；而以符号GH，VH，pH，TH表示压气机位于海拔H(m)高度上相应的各参数。大气压力和温度随海拔高度而降低的数值可利用下式计算：现在就压气机在产生相同表压力的空气的情况下来分析。由状态方程 可得压气机因海拔高度增加而减少的重量排气量的比值： 式中 a排气量的高度系数； 因高度影响使吸人空气的比重减小的系数；因高度影响使吸人空气的容积减小的系数。 在高处与在海平面吸人空气的容积之比应等于吸气气缸容积效率之比，所以 式中 H和0为在高处及海平面吸气气缸的容积效率

38、。可见，对1m3吸入空气的压气机全功Lv将随着海拔高度的增加而减小，故压气机所需的功率也相应地减小。当然，对lkg空气的全功则略有增加。结果表明，设在海拔较高处的压气机站应选用排气量较大的压气机，才能使压气工作系统产生同样的效果。因此，在选择空气压缩机和确定站房的设备安装容量时，应根据所在地区的海拔高度，考虑相应的修正系数（见表3）后作为压缩机的实际生产能力（即将设计消耗量乘以大于1的修正系数，或者将压缩机原来以体积计算的额定生产能力除以大于1的修正系数后所得之数值作为设备选型的依据）。表3不同海拔高度处的修正系数海拔高度 m0305610914121915241829213424382743

39、304836584572修正系数1.001.031.071.101.141.171.201.231.261.291.321.371.43七、压气机的储气、冷却和电力拖动1、压气机的储气罐压气机都设有储气罐（又名风包），装置在压气机与压缩空气管网之间，其功用如下：(1)缓和由于往复式压气机排送压缩空气的不连续性而引起的压力波动；(2)除去压缩空气中所含的水分及润滑油，因为水和润滑油能使压缩空气管道的断面缩小，因而增加阻力损失；水还能使风动机械生锈并发生水力冲击；(3)储存压缩空气，供空气消耗量增大或压气机停止运转时之需。一般压气机站装设风包是为了第(1)、(2)条的目的。风包为一圆筒状的密闭容器

40、，有立式和卧式两种。图25表示立式风包。每个风包上一般具备下列附件：(1)与管道联结的法兰盘；(2)与接通调节器的小管相连的法兰盘；(3)安全阀；(4)放出水和油的闸阀；(5)安装压力计用的管套；(6)压气人孔。风包用锅炉钢板铆接或焊接而成。在压力不超过0 .1MPa（10个大气压时），要对风包用超过工作压力1.5倍的压力进行水力试验。风包须装设在地基上，并装在压气机房外面靠近压气机房的阴凉地方，与压气机房的距离应不超过1215m。在风包与压气机之间的排气管道上，不应装设闸阀，因为在闸阀关闭的情况下起动往复式或回转式压气机时，可能引起事故。如果必须装设闸阀，须在它的前面装置安全阀。每台压气机应

41、各有自己的风包。风包和排气管道内部应定期清洗。2、水冷却系统压气机站的供水系统分为单流系统和循环系统两种。当压气机站附近有大量自然水时，可采用单流系统。在单流系统中，水流过压气机的冷却表面之后即被导人锅炉等设备再利用或直接引至污水沟中。水消耗量很小的压气机站，也可用自来水进行冷却。在循环系统中，水可多次地用来冷却压气机。把压气机流出的受热的水，导入冷却塔或喷水池冷却到原来的温度，再供压气机使用。水消耗量不大的压气机站，也可用普通水池进行冷却。 图25立式风包结构示意图 图26用冷却塔的水冷却系统图 1-冷却塔；2-水井；3-水池；4-压气机；5-闸阀 Nl- l号水泵；N2-2号水泵图26所示

42、为用冷却塔的水冷却系统图。冷却塔1是木制塔，用1号水泵将热水从水井2号送往塔的上部。水沿塔内落下，打在用特制木条做成的格子上，使水分成小滴，并被迎面流过的空气所冷却。冷却过的水流入池3内，再用2号水泵将水送给压气机4供冷却用。在喷水池内，装在地上面的专用喷射器和喷嘴将水喷成细滴，水滴由于和周围空气接触而得到冷却。热水约在980kPa(1计示大气压)下送至喷水池，因而分成细微的喷流，冷却后的水落入池中，再用水泵将水供给压气机使用。喷水池所占面积可按下式计算：式中 Q水由压气机流出时带走的热量，kJ/h；q喷水池单位时间单位面积散发的热量，其值一般为3140162802kJ/(m2.h)。冷却塔所

43、占面积约为喷水池面积的1/41/3。3、压气设备的电力拖动与自动化压气机拖动装置的基本形式是电动机拖动。此外，离心式压气机可采用汽轮机与燃气轮机来驱动。在电能供给不方便的情况下，移动式压气机可用内燃机来驱动。压气机所用的电动机的容量在100kW以下时，都采用鼠笼式或绕线式异步电动机。当容量超过lOOkW时可采用同步电动机。鼠笼式异步电动机的优点是：管理简单，价格低，工作可靠，体积小，在额定负荷时的效率与功率因数都较高和便于自动化。但是，鼠笼式异步电动机的起动力矩较小，起动电流很大，在欠负荷时的功率因数甚低。由于压气机都是空载起动，起动时所需的力矩只有全负荷的20%30%，所以起动力矩不是一个主

44、要问题。只二要电动机的容量不大，起动电流稍大一些也不致引起很大困难。所以当变电所有足够大的容量时，可采用鼠笼式电动机并进行直接起动。为了减小起动电流，也可采用双鼠笼或深槽式鼠笼电动机。当变电所容量较小时，可采用绕线式异步电动机，因为这种电动机利用变阻器起动时的起动电流较小。同步电动机的主要优点是功率因数高，但是它的构造较复杂，自动化也较困难。为了减小鼠笼式异步电动机的启动电流以及用异步起动法起动的同步电动机的起动电流，可使用自耦变压器或电抗器。固定式压气机站的电动机大都采用3000V或6000V的电压。当功率在100kW以下时，可用220V或380V的电压。为了保证压气设备合理地安全运转和减轻

45、工人的紧张劳动，实现压气设备的自动化便具有十分重要的意义，对于大型的中心压气机站更是如此。压气机设备起动过程的自动化包括自动供给冷却水、自动起动润滑油泵、使压气机自动进入空转状态、自动起动电机等动作。当头3项准备工作未完成时，电动机不可能起动。当压气机停车时，各系统又自动恢复原状。压气设备的自动保护装置有断水或冷却水量不足保护、油压不足或断油保护、轴承温度过高保护、排气压力过高保护、排气温度过高保护等装置。当呈现上述任何一种异常情况时，通过特有的机构和继电器的作用，能发出各种信号或切断主电动机的电气回路，使压气机自动停车。实施三：填写任务表： 项目 种类状态描述功能描述件数其他合计实施四：小组

46、汇报实施五：各组指派一名同学介绍本组任务的完成情况，各组须汇报训练过程中遇到了什么问题、如何解决的、有些什么收获；实施六：点评；步骤四：往复式气体输送机械初步设计与选型实施一：任务分析压气设备的选型设计是要计算压气机站总供气量，确定压气机的型式和台数；选择电动机的型式及控制设备；选择冷却设备、风包和空气过滤器；决定压气机厂房的尺寸并进行压气机站的布置；计算空气管网，制订技术经济指标，计算电耗和压缩空气的成本。在设计压气设备时应该已知：工作系统的供气量及压力要求、服务年限和工作面条件。实施二：压气站初步设计1、决定压气机站必需的供气量压气机的排气量以大气温度和压力下所占的容积来表示，其单位一般为

47、m3/min。各种设施的空气消耗量可从产品说明书中查出；但在工作日久受到磨损后，空气消耗量将增加。各种工作设施的总空气消耗量可按下式计算： 式中 mi在一班内工作的同类型设备的台数；qi台设备的空气消耗量，m3min；由于设备磨损使空气消耗量增加的系数，其值一般为1.11.15;i各种设备的同时工作系数，随设备的台数多少而定。 管网的漏气损失须预先确定。漏气损失的大小决定于管子的联结方法、接头数目、法兰盘联结时的垫片材料、联结处装配是否紧密、管道直径及管内的空气压力等；根据经验数据，管道的平均漏气损失为a=80125m3/(h.km)。空气管网的总漏气损失为 式中 VYT总漏气损失，m3min

48、；L空气管网的总长度，km。所以压气机站的最小排气量为 在一般情况下漏气损失不超过空气消耗量的20%，于是上式可表示为 式中考虑管网漏气的系数，其值为1.11.2。当压气设备在海拔高处工作时，由于压气机以重量计的排气量减小，因此应按下式所求出的排气量来选择压气机：式中按公式计算的排气量高度系数的倒数；2、决定压气机站必需的出口压力根据设备系统所需要的工作压力，并且考虑管路各部分的压力损失和压力增加值来决定压气机站必需的出口压力。3、选择压气机的台数和型式根据压气机站所必需的供气量和排出压力来选择压气机。固定式压气机站内，除去工作的压气机外，须有l台备用的压气机。除了压气机站的供气量甚小可采用两

49、台压气机外（1台工作，1台备用），一般都采用3台以上的压气机。应尽量选用同型式的压气机，以减少备用零件的数量，并可使管理人员较快地熟悉压气机站的运行设备。选择压气机时，有时须做方案比较。例如总供气量为80m3/min的压气机站可选用3台40m3/min的压气机，其中两台工作，l台备用；也可选用5台20m3min的压气机，其中4台工作1台备用。必须对此两种方案进行技术经济比较，比较时需考虑设备费、电费、使用方便的程度、压气机厂房的尺寸及费用、运输费和安装费等。如果压气机用皮带传动，当压气机的总额定排气量大于压气机站所必需的供气量时，可适当改变皮带轮的尺寸来降低压气机的转数，以避免工作运行压气机的

50、调整次数或起动次数过于频繁。4、计算电动机的功率并选择电动机的型式及控制设备决定压气机轴与电动机轴之间的传动方式。根据第四章第四节所述方法计算出所需的电动机的功率，再根据有关专业产品手册选择电动机的型式及控制设备。5、冷却系统的设计首先根据有关公式计算所需的冷却水消耗量并选择冷却系统；确定冷却塔或喷水池的尺寸；然后选择冷却水泵及拖动水泵的电动机。6、选择风包和空气过滤器首先按有关公式计算风包容积并选择风包的型式和数目。然后计算空气过滤器的面积并确定过滤器的数目和型式。7、压气机厂房的布置根据所选压气机的构造和技术操作规程，参考有关专业（如设备安装、供排水和混凝土工程等）资料，布置压气机站并决定

51、压气机厂房的尺寸。8、压缩空气管网计算计算并选择空气管道的直径，并且规划合理的管路系统、敷设方案及重要附件。9、确定全年耗电量根据下式确定压气站的全年耗电量： 式中：W全年耗电量，KW.h/a； Z同时工作的压气机台数Nk压气机的轴功率，KWt压气机一昼夜工作的小时数；b一年内压气机的工作日数；nB电动机的效率；n机械系统的传动效率；c动力供电电网效率；K3压气机的负荷系数，等于压气机组的实际排气量与额定排气量的比值。0.2Nk压气机的空载功率。10、压气设备的技术经济指标根据设备价格、设备运费和安装费以及房屋建造赞等计算出压气设备部分的基本建设费。依照设备的使用年限（一般为20年或以上），求

52、出每年的折旧费。把折旧费、工资、电费和材料费加在一起即得每年的总支出，从而求得1m3压缩空气的成本。步骤五：布置预习任务：往复式气体输送系统的操作与控制预习任务：1、 往复式气体输送机械的操作规程；2、 往复式气体输送机械的开停车、流量调节等操作与控制；3、 气体输送过程中的注意事项；4、 安全生产常识。流体输送设备操作与控制情境5：往复式气体输送管路系统的操作与控制课程单元2：往复式气体输送机械的开停车和运行（学时：4）授课班级 上课时间周 月 日 第 节上课地点理实一体化多媒体教室教学任务 应用仿真系统和实训装置，进行往复式气体输送管路系统的操作与控制，掌握往复式气体输送机械的开停车、流量

53、调节等操作与控制，掌握气体输送过程中的注意事项。教学目标能力（技能）目标知识目标6、 能够进行往复式气体输送机械的开停车操作；7、 能够进行往复式气体输送系统的流量调节等操作与控制；8、 掌握气体输送过程中的注意事项；9、 掌握安全生产常识。1、 掌握往复式气体输送机械的操作规程；2、 掌握往复式气体输送机械的开停车、流量调节等操作与控制；3、 掌握气体输送过程中的注意事项；4、 掌握安全生产常识。教学步骤序号内容教学方式占用时间（学时）1课程引入任务驱动0.12往复式气体输送机械的开停车操作仿真教学1.93往复式气体输送系统的流量调节等操作与控制仿真教学1.54学生总结与讨论现场讨论0.35总结与点评现场点评0.2678授课主要内容、课时分配、版书设计往复式气体输送机械的开停车和运行步骤一：课程引入 实施一：介绍仿真环境和往复式气体输送机械正常开停车任务。 实施二：学生分组，2人/组。步骤二：往复式气体输送机械的开停车操作