回報壓縮機的理論

往複式壓縮機是陽性位移類型中最著名,最廣泛使用的壓縮機。它們與舊的,熟悉的自行車泵的原理相同,即通過圓柱體中的活塞進行操作。當活塞在氣缸中向前移動時,它將空氣或氣體壓縮到較小的空間中,從而升高其壓力。

基本的往複壓縮元件是在活塞(單作用)的一側進行單個氣缸壓縮。活塞兩側壓縮的單位(雙作用)由兩個在一次鑄造中並行運行的基本單作用元件組成。使用的大多數壓縮機都是雙作用類型。

圖1-7顯示了另一個變體的橫截麵,即一種麵向V的兩階段,雙作用的水冷壓縮機。

往複式壓縮機

圖1-7。V-Arrangement中的多階段,雙作用往複式壓縮機

(Isource:Sulzer-Burkhardt,瑞士溫特圖爾)。

圖1-7。V-Arrangement中的多階段,雙作用往複式壓縮機

(Isource:Sulzer-Burkhardt,瑞士溫特圖爾)。

在壓縮機軸上提供的旋轉運動通過使用曲軸,十字頭和兩者之間的連杆轉換為往複式(線性)運動。

連杆的一端由曲柄蛋白固定到曲軸上,另一端由十字頭銷固定到十字頭,隨著曲軸的轉動,該齒輪以線性運動往複。

進氣(抽吸)和排放閥位於氣缸的頂部和底部。(有時它們可​​能位於氣缸桶中。)這些基本上是止回閥,僅允許氣體向一個方向流動。

活塞到圓柱體頂部的運動在圓柱體的下端產生了部分真空。進氣壓和跨進氣門的真空之間的壓力差會導致閥門打開,從而使空氣從進氣線中流入圓柱體。

在返回中風時,當氣缸中的壓力超過排放線的壓力時,放電閥打開,允許在該壓力下從氣缸中排放到放電或係統線的壓力。

當僅在活塞的一側時,此動作稱為“單作用”壓縮。當在活塞的兩側時,它被稱為“雙重作用”壓縮。

壓縮機容量

如果處理不可壓縮的,不可育的流體,確定壓縮機容量將相對簡單。排放線的數量實際上將等於活塞掃除的體積。

但是,由於空氣或氣體是彈性的,因此隨著壓力條件的變化,壓縮機的容量差異很大。例如,在給定的進氣壓下,在100 psi排放時,機器容量要比在50 psi處少得多。這使得不可能以給定的容量對給定的壓縮機進行評分。唯一可行的評分是在活塞位移方麵 - 在一分鍾內被移動活塞掃除。

活塞位移

活塞位移是實際上由壓縮機活塞在額定的機器速度下,活塞從底部死亡中心到頂部死亡中心的行程長度。

在圖1-8中,整個中風,因此是活塞位移,由活塞從點B-H的行進表示。

該卷通常以每分鍾立方英尺的形式表示。對於多階段單元,通常將第一階段的活塞位移稱為整個機器的活塞位移。

在雙作用缸的情況下,還包括圓柱端的位移。曲柄端位移當然要小於活塞杆置換量的頭端位移。

以下公式很容易計算出單作用單元的活塞位移(PD):

1.計算單個圓柱體的PD:

ahe =平方英尺的活塞頭端區域S =行程英寸rpm =每分鍾旋轉

PD =活塞D以每分鍾立方英尺為單位

2.計算雙作用缸的PD:

S

王牌=平方英尺的活塞曲柄端區域

這可以通過表達式近似:

必須將氣體帶入氣缸中以補償活塞環,並且吸氣閥滑;其次,因為工作是按照這種損失的能力進行的;最後,因為必須重新壓縮穿過排放閥的泄漏並將其重新置於放電係統中。

還有另一個因素:氣缸夾克的冷卻效果。在壓縮過程中,用夾克水去除熱量會縮小體積,並且傾向於將點F向左移動,從而降低了所需的功率。這是消耗的真正節省的力量。不幸的是,除了在高比例的壓縮比時處理相當低的密度氣體,夾克表麵與所執行的工作量和產生的熱量成比例很大。

這些流體損失在指示卡AOBF上指示,圖1-8。該數字代表了商店或現場的機器上可能采用的典型實際指示卡。

製動馬力

實際指示的馬力建立在理想馬力的基礎上,並包括氣缸中的熱力學損失。這些熱力學損失(流體損失)是在一般項壓縮效率下總結的。

確定壓縮效率的主要因素是閥門損失或壓力下降穿過入口和排放閥。這些流體損失是氣體密度和閥速度的函數。吸力和排出壓力以及分子量建立了密度。閥速度由所選氣缸中可用的閥區域和活塞速度固定。閥門速度通常以每分鍾為單位的英尺表示;它是活塞區域與每個氣缸端閥區域的比例,乘以每分鍾的活塞速度。

可以通過參考指標圖獲得對壓縮效率涉及的損失的更好理解,圖1-8。如果可以將氣體輸入和從氣缸中輸出而不會流體損失,則可以實現指示卡ABEH。

可以說該卡代表理想或理論馬力的要求。但是存在流體損失。因此,氣缸中的實際入口壓力高於氣缸入口法蘭。同樣,在交付間隔期間,氣缸中的壓力高於氣缸排放法蘭的壓力。

體積效率

然後,必須將體積效率以不同的壓縮比各不相同,然後將其應用於活塞位移以確定實際的FreeAir容量。體積效率也隨著被壓縮的氣體的“ N”值和分子量的變化。

最大的體積損失是由於在壓縮機氣缸。但是,其他損失雖然重要性較小,但也會影響壓縮機容量。

清除損失

當壓縮機到達中風的末端並排放了所有的氣體時,閥門口袋中保留了少量,以及活塞和氣缸蓋之間的間隙空間。

當活塞開始其返回中風時,排出壓力下的清除氣體必須在入口閥打開之前擴大到進氣壓。因此,沒有空氣進入中風的那部分圓柱體,從而將攝入量減少了。

由於這種間隙氣體的體積擴大到進氣壓,因此隨著壓縮比的變化,因此可以得出壓縮機容量效率,因此其實際能力隨壓縮比而不是壓力而變化。

氣缸間隙不能完全消除。正常的清除率是在給定的圓柱體中可獲得的最小值,對於大多數標準圓柱體,將在4%至16%之間變化。一些特殊的低比率缸的正常間隙遠大於此。正常的許可不包括可能出於其他目的添加的卷,例如容量控製

盡管清除對普通用戶的重要性不大(保證是按實際交付的容量來保證),但由於在控製和其他目的中的清除率廣泛應用,因此應理解其對容量的影響。在許多情況下,將額外的間隙添加到氣缸中:

1.在固定壓力條件下降低容量。

2.通過隨著壓縮比的變化,可以降低容量,以防止駕駛員在可變的工作壓力條件下超負荷。

如果壓縮機是在給定條件下給定容量的設計,則氣缸或氣缸中的正常清除率對功率沒有影響。

當活塞完成壓縮和輸送衝程並準備扭轉其運動時,排出壓力時的氣體被困在清除空間中。

這種氣體會在返回衝程上擴展,直到其壓力足以低於進氣壓以引起吸氣閥打開。在PV-DIA-GRAM上,圖1-9顯示了這種重新擴張對吸入新鮮空氣或氣體量的影響。

圖1-9。清除對往複壓縮機能力的影響。

圖1-10顯示了一係列理論PV圖,其壓力比為4.0,間隙為7%,14和21%。清除的效果清楚地表明。

清除

清除

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活塞位移百分比

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活塞位移百分比

圖1 -10。各種氣缸間隙對恒定壓縮比下體積效率的定量效應。

現在可以看出,體積效率降低了

1.間隙增加。

2.壓縮比增加。

圖1-11說明了在中等和高壓比條件下清除率的影響。7比例為7的理論PV圖在圖的圖上疊加為4,所有其他都相同。相對較高的間隙(14%)已用於說明目的。設計為7比率的商業壓縮機的清除率將小於14%。

活塞位移百分比

圖1-11。不同壓縮比對給定氣缸的體積效率的影響。

活塞位移百分比

圖1-11。不同壓縮比對給定氣缸的體積效率的影響。

就像圓柱體中的清除率主要控製體積效率一樣,閥區域對壓縮效率具有主要控製權。

為了獲得低間隙和高容量效率,有必要限製閥的大小和數量。這可能傾向於降低壓縮效率並提高馬力。必須評估這兩個因素,並做出妥協。

活塞環泄漏

這種泄漏使從壓縮室的氣體可以逃離活塞進入圓柱體的另一端,該氣缸正以開放的入口閥帶吸入。容量會降低,因為這種熱泄漏氣體在氣缸端加熱了傳入的氣體。

自然,隨著活塞接近中風的末端,最大活塞泄漏發生,因為整個環上的差壓力和時間元素在這一點上是最大的。這種泄漏會導致體積和馬力損失,這是由於排放溫度的升高所證明的。

閥滑

閥門滑動意味著在閥門有時間在活塞中風的盡頭之前,氣體流過氣門。顯然,這種體積損失可以通過攝入閥和放電閥發生。最小打滑發生在響應閥中;一種具有最小慣性的方法,以便可以通過空氣流輕鬆控製移動元件。

通過進氣門,滑動通常要比通過排放閥要小得多。在後者中,當活塞到達死亡中心時,整個閥的差異會迅速增加,因此,如果閥門不瞬時響應,高壓氣體在閥門座位之前就會自然通過閥門恢複。

多階段的影響

多階段對體積效率具有明顯影響。在這裏,低壓缸在很大程度上決定了整個機器的容量效率,因為該缸的任何體積都必須放電到後續階段,除了通過包裝盒發生的輕微泄漏。

換句話說,兩級機器的體積效率與低壓缸是單級壓縮機相同,該壓縮機在中冷器壓力下輸送氣體。

圖1-12顯示了兩個階段100 psig空氣壓縮機的PV組合圖。以相同的方式添加進一步的階段。在配件中

兩個階段旋轉壓縮機圖
圖1-12。具有完美冷卻的兩階段正位移壓縮機的理論組合指示卡。

所有圓柱體通常都合並為一個單位組件,並從單個曲軸驅動。

用於往複式壓縮機,使用多階段

1.節省電源。

2.限製氣體排放溫度。

3.限製壓力差。

圖1-8中的指示卡已經證明了節能。因為有中冷在階段之間,最大氣體排放溫度降低。當在大型高壓壓縮機中保持空氣時,最大排放溫度的限製尤其重要,而氣缸零件可能是問題的高壓壓縮機。即使加熱時氣體可能不會變得更加危險,這也是如此。

高壓差異施加的局限性涉及避免框架,跑步齒輪和其他部位中的過量應變。這是一個

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圖T -14。單二和三階段壓縮所需的比較理論絕熱馬力每100 cfm。

施加最大溫度限製的可取性並不總是完全理解。這特別適用於存在氧化氣氛的空氣壓縮機,並且隨著溫度升高,潤滑油分解會加速。實際排放溫度在一定程度上與理論絕熱有所不同,具體取決於壓縮機的大小,設計,冷卻方法和壓縮比。無法製定規則,但是偏差並不容易嚴重,理論限製是一個很好的指南。

連續重型服務中的壓縮機絕對應該在排放溫度上更保守,而不是在相對輕或間歇性周期中運行的壓縮機。

隨著排放溫度的上升,停機時間和相對維護成本肯定會增加。

作為指導,對於中型和大型重型壓縮機(約150 bhp和更大)處理空氣或任何其他氧化氣體,最高排放溫度不得超過350°F。對於超過300 psig的壓力,應進一步縮放此溫度。

階段壓力

實際階段壓力讀數是閥門和活塞環相對緊密度的寶貴指標,應每天檢查幾次。正常工作壓力的任何變化都是立即關注和調查的原因。

由於將任何多階段壓縮機的圓柱尺寸都與確定的攝入和排放溫度和壓力條件相稱,因此設計第一階段入口壓力和溫度以及最終排放壓力的變化以及在冷卻水溫下的變化將導致階段壓力變化輕微地。

在某些情況下,理論近似是有幫助的。可以使用以下內容:

兩個階段

PJ是第一階段的攝入量 - PSIA

P2是中冷器-PSIA

P3是第二階段排放-PSIA P2 = PI P3

三階段

PJ是第一階段的攝入量-PSIA P2是第一個中冷器-PSIA P3是第二個中冷器-PSIA P4是第三階段出院-PSIA

由於圓柱體比例的變化和實際壓縮機的間隙的變化,因此,其每個階段相等的壓縮比的理論方法不能被認為是完全準確的。當特定機器處於良好狀態並在設計條件下運行時,應將特定機器的實際讀數視為參考標準。

高度的影響

必須始終考慮安裝壓縮機的高度。隨著海拔高度的增加,地球大氣的重量減輕。這反映在晴雨表和絕對進氣壓中,隨著高度的降低。這一事實是充分理解的,並允許使用過程壓縮機。

在較高的高度下,低壓氣缸尺寸會增加以提供更大的入口容量,並將施加在框架上的功率和跑步齒輪更接近正常值。

單級往複和其他正位移壓縮機受允許的壓縮率和排放溫度的限製。通常,它們必須被實質性地劃分以進行高度操作。

盡管給定壓縮機所需的功率隨著高度的增加而降低,但發動機和電動機安全開發這種功率的能力通常會更快地降低。

製動馬力

往複單元是根據理論絕熱馬力通過壓縮和機械效率修改的理論絕熱馬力來計算的,這些馬力會導致製動馬力(BHP)。壓縮效率取決於許多因素 - 閥門,壓縮比,氣體組成,壓縮機大小等的效果。機械效率隨機器類型和大小而變化。

為了對通用電力服務的海平麵空氣壓縮機進行初步估算,圖1-15所示的數據是合理的,但要經過製造商的確認。信息基於100 cfm實際交付的進氣和重型水冷壓縮機

對於高度安裝,性能會有所不同。圖1-16還提供了BHP/100的近似高度校正因子。

可以通過使用相等的壓縮比來近似多階段機器,並將單階段bhp/百萬乘以階段數量。盡管會有例外,但通常不應使用每個階段的壓縮比通常不應使用3.5。如果涉及,則必須逐階段分別吼叫。還必須以這種方式允許在減少所處理體積的階段之間的階段壓降,不完美的間冷和蒸氣冷凝。

繼續在這裏閱讀:往複壓縮機的特征

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回答

  • 弗羅多
    為什麼實際攝入量小於吸入過程中的理論攝入量?
    5年前
  • Uwe Becker
    多階段僅在往複式壓縮機還是旋轉壓縮機中完成?
    5年前
  • 諾曼
    如何將旋轉運動更改為雙作用往複式壓縮機的往複運動?
    6年前