北京化工大学：《过程流体机械》课程电子教案（课件讲稿）容积式压缩机 reciprocal compressor（2/2）

2016-6-6 第3章动力特性 第了)单动力特性 (①作用力确定 P323 基本内容) 一往支铺性力 ◆作用力确定○ ·惯性力平衡 沿气红中心线方南 气体力 多列 作用力分类 角度式 、沿辆旋转○ 回特性力 气体力 飞轮矩定 作用力分析 第了束动力转性 作用力确定 P32- 第了章动力特性 作用力确定 P32-5 。惯性力 →质重种化 活事开十字头杆小头m03山4) 曲柄分唐柄连杆大头mr0.60)l 4加速度 小铜 连杆大头 ●位移刀 z=r=A0-r0=40-(rC+C0 连杆小 =(l+r)-(lcos B+rcos0) 连杆体 M0:么=a,=r 二③O得为皮四递之 ●位移列 ●加速度□ m月.万.0-l0_年9- 回转加速度=。 2=-s+0-小-m0 2=os0+2s0 ●惯性力□1=-m,a=-m,ro2(cos+2cs20) 近似式： x=-cos0)+1-cos20列 1=mro cos0+m ro'icos20 班避 01对约028 二阶惯性力 二阶惯性丛 A=15 1BS-1V60 近/=1.125 ●速度幻

2016-6-6 1 第 章动力特性 3 基本内容 P32~40 基本内容 作用力确定 惯性力平衡 往复惯性力 气体力 多列 角度式 作用力分析 离心力 飞轮矩确定 摩擦力 第 章动力特性 3 P32~35 1 作用力确定 作用力分类 回转惯性力 曲轴摩擦力 往复惯性力 气体力 往复摩擦力 沿曲柄旋转 沿气缸中心线方向 -Fg Fg =pAp Fp = Fg+I A B N 0 Fl Fl Fp Fl 第 章动力特性 3 P32~35 1 作用力确定 质量转化 惯性力 A(ms) B(mr) O l ms=活塞+活塞杆+十字头+连杆小头 mp ml `=(0.3~0.4) ml 连杆 曲轴 mr=曲柄销+部分曲柄+连杆大头 ml``=(0.6~0.7) ml 小铜套 连杆小头 连杆体 连杆大头 连杆螺栓 第 章动力特性 3 P32~35 1 作用力确定 质量转化 惯性力 mr= mk ` + mk ``  /r +连杆大头ml `` A B O l l+r A’ C θ   加速度 ( ) ( cos cos ) ( )    l r l r AA AO A O AO A C CO              r l A BO r l , / sin sin   :      位移 第 章动力特性 3 P32~35 1 作用力确定         8 sin 2 sin cos 1 sin 1 sin 1 2 2 4 4 2 2 2         (1 cos 2 )] 4 [(1 cos )   近似式：   r     (1 1 sin )] 1 [(1 cos ) 2 2    精确式：   r      位移 近似式： 4 相对误差约0.0928% θ=90° =1/5 =1/4 精:x/r=1.101 近:x/r=1.1 精:x/r=1.127 近:x/r=1.125 相对误差约0.177% =1/3.5~1/6.0 速度 (sin sin  )         2 2     r  dt d d d dt d 第 章动力特性 3 P32~35 1 作用力确定 加速度  (cos  cos 2 ) 2   r  dt dv a 回转加速度:ar=r2 (cos cos 2 ) 2 I  msa  msr     连杆或活塞杆受拉“＋”  cos   cos 2 2 2 I m r  m r 惯性力 I  msr cos  msr  cos 2 连杆或活塞杆受压“－” 一阶惯性力I1 二阶惯性力I2 I=I1+I2 I1=msrω2cosθ I2=msrω2λcos2θ

2016-6-6 作用力定5 第了响力特性 ① 作用力精定 。气作F《成 ·气体力5，《0成) 压复 自狮芹过·活言位非 售柄转过·活声位特 =1-eos0)+三 x,=1-cos0,)+( cos20月 压过气体加， 气体加。 ,+x=p =PA +x= o-DM4 P.A 第③力性①作用力确定 第了果南力特性 1》作用力确定 作业 擦功N。 0.6-D.7)N,( 0.4~03N( 品船塞力气体力：性复衡性力性复排力 第了为性作用力分桥 下用力 。用力传—☐ 撕办：阳 F.-F+l F-FH 作用办、力派平 主承上力由承反力■ 2

2016-6-6 2 第 章动力特性 3 P32~35 1 作用力确定 气体力Fg （ θ或s ） A B O l l+r A’ C θ   pd 2 3 x r[(1 cos ) (1 cos 2 )] p       压缩过程 曲柄转过θ i 活塞位移xi V ps 2 1 4 s0 s xj pj xi pi i j p ( ) ( ) ; n s n i i p s  x  p s  s 0 0 (1 cos 2 )] 4 [(1 cos ) i i i x  r    Fgi  piAp i d p  p Fgi  pd Ap 压缩过程气体力F gi 排气过程 第 章动力特性 3 P32~35 1 作用力确定 气体力Fg （ θ或s ） A B O l l+r A’ C θ   pd 2 3 x r[( cos ) ( cos  )] p   1   1 2 膨胀过程 曲柄转过θ j 活塞位移xj V ps 2 1 4 s0 s xj pj xi pi i j p ( ) ; n d n j j p s x p s 0   0 [( cos ) ( cos )] j j j x r  1 2 4  1  Fgj  p j Ap j s p  p Fgj  ps Ap 气体力F gi 进气过程 第 章动力特性 3 P32~35 1 作用力确定 A B O l l+r A’ C θ   pd 2 3 p 某单级双作用压缩机， 气缸直径D=320mm，行程 s=180mm，活塞杆直径 d=50mm，转速n=485rpm， 相对余隙容积α=0 16 进气 作业 V ps 2 1 4 s0 s xj pj xi pi i j 相对余隙容积α=0 p .16，进气 压力ps=0.1267MPa，排气压 力pd=0.386MPa，λ=1/4，膨 胀指数m=1.25，压缩指数 n=1.4。试确定盖侧缸膨胀结 束时曲柄转角θ1和轴侧缸压 缩结束时曲柄转角θ2。（不 计进排气阻力损失） 第 章动力特性 3 P32~35 1 作用力确定 摩擦力R ) 1 ( m m Nm Ni   摩擦耗功Nm  N m i   ) 60 1 (0.6 ~ 0.7) (   往复摩擦力Rs     N m i ) 60 1 (0.4 ~ 0.3) ( 回转摩擦力Rr s n R m s    2       s n R m r 活塞环(处于气体 压力作用下) 38~45% 活塞环(仅本身弹力) 5~8% 填料 2~10% 十字头滑道 6~8% 十字头销 4~5% 曲柄销 15~20% 主轴销 13~18% 总活塞力=气体力+往复惯性力+往复摩擦力 第 章动力特性 3 P32~35 2 作用力分析 作用力传递 轴侧气体力 盖侧气体力 往复惯性力 往复摩擦力 总活塞力 连杆力：Fl = Fp /cos 侧向力： FN = Fp tg  -Fg Fg =pAp Fp = Fg+I A B N 0 Fl Fl Fp Fl 第 章动力特性 3 P32~35 2 作用力分析 作用力传递 Fg =pAp Fp = Fg+I A B Fl Fl Fl Fl 相对O点构成阻力矩My My = Fl .h= Fp.rsin(+θ)/cos -Fg A N 0 Fp 作用力、力矩平衡 滑道侧向力FN由滑道支反力-FN平衡 曲轴上阻力矩My由驱动力矩Md平衡 主轴承上力Fl 由轴承支反力-Fl 平衡

2016-6-6 心力平 在真演性力平 单列压一 sin(B+)/cosB 保力 第列由新种力巴占盖准列自新特小·类 第了南力性 ③惯性力平衡 第了票南力特性 ③性力平 1,M 're co8 w'rnicos28 mr wre'bcosa m're'abcos2 re cos m.mre m're'bcos0 28 mrcs2-mroicsn ha=(mmro cos(mrcos20 he =m,r (cos0-sn 0)=0 M(ocosM:(mc)ro'cos20 Mmr(cos0+sn 0)M:amrecos20 =(m-m)ro =(mb+mc)ro 声了孩力性)果在力平有 三对动式压地机 mrw21g088+入g0s280 '-cos0+1c0s20 三列低地 =(mi-mro =(mb+mc)ro 三对动式压 2 1.=m.ro 著m2单1当沙m一典 3

2016-6-6 3 第 章动力特性 3 P32~35 2 作用力分析 作用力、力矩分析 惯性力：传递到机器外部引起振动 侧向力及倾覆力矩：引起机器振动 气体力：使气缸、机身及其连接件受拉或受压 MN = FN . b= Fp . rsin(+θ)/cos 阻力矩My ： 阻止曲轴回转 My - Md =-Jε 运动件上产生附加载荷 联轴节负荷增加 电网电流波动 F Fg =pAp Fp = Fg+I A B N 0 Fl Fl Fp Fl 第 章动力特性 3 P32~35 3 惯性力平衡 离心力平衡 加平衡重平衡掉I1，但遗留垂直分力 msrω2sinθ. 改善轴承受力情况 往复惯性力平衡 单列压缩机 两列立式压缩机 两列曲柄 错角180° θi=θ+yi-ci 第i列曲柄转角θi与基准列曲柄转角θ关系 i列与基准 列曲柄夹角 i列与基准列气 缸中心线夹角 第 章动力特性 3 3 惯性力平衡 两列立式压缩机δ=180  cos   cos 2   cos   cos 2 2 2 2 2 2 ms r m sr mr r m sr b ms r b 1 2 M1 M2 I I Ir  cos   cos 2   cos   cos 2 2 2 2 2 2 m r m r m r m r c m r c s s r s s        ( )  cos ( )   cos 2 2 2 2 1I m m r I m m r s s s s         合 合 ( )  cos ( )   cos 2 2 2 2 1 M m b m c r M m b m c r s s s s         合 合 2 2 Ir合  (m r  mr )r Mr合  (mr b  mr c)r 若ms = ms’=ms’’ ； mr = mr’=mr’’ ；b=c=a/2，则 第 章动力特性 3 P32~35 3 惯性力平衡 两列立式压缩机δ=90  cos   cos 2   cos   cos 2 2 2 2 2 2 ms r m sr mr r ms r b ms r b 1 2 M1 M2 I I Ir  sin    cos 2   sin    cos 2 2 2 2 2 2 m r m r m r m r c m r c s s r s s         (cos sin ) 2 0 2 I1合  msr    I 合   (cos sin  )   cos 2 2 2 2 2 1 m r M am r a M 合  s  合  s 2 2 2 2 Ir合  2mrr Mr合  amrr 若ms = ms’=ms’’ ； mr = mr’=mr’’ ；b=c=a/2，则 平衡 情况 不好 第 章动力特性 3 P32~35 3 惯性力平衡 对动式压缩机 若ms’=ms’’= ms； mr’=mr’’= mr ； b=c=a/2，则      2 2 2 2 1 ( ) cos ( ) cos ; I m m r I m m r s s s s         合 合     2 2 2 2 1 M (m b m c)r cos M (m b m c)r cos s s s s         合 合 2 2 Ir合  (m r  mr )r Mr合  (mr b  mr c)r 三列对动式压缩机 一列 二列 若ms’/2=ms’’= ms ’’’；mr’/2=mr’’= mr’’’ 三列 第 章动力特性 3 P32~35 3 惯性力平衡 三列对动式压缩机 (cos cos 2 ) 2 ms r     ( cos cos 2 ) 2 m s r      ( cos cos 2 ) 2 m s r      I1=I2= Ir =0 M1= M2 = Mr =0 缺点:总阻力矩 变化大         2 r r 2 2 s 2 1 s I m rω I m rω λcos 2θ I m rω cosθ 列 一 三列压缩机 若ms’ =ms’’= ms ’’’；mr’ =mr’’= mr’’’

2016-6-6 ③性力平衡— 235 ◆巨列压软— M,=mro'acos0-mre'a-cos0n 0) 阶性力 3mro'aco0-mro'am ,=网， +30) 31520 ,=m,r ha-e:la-0n La-0 第了家装力特性 ③惯性力平衡 +下型压单机 下型压机 L208压第机平害重2X5w好 黄含力1=mro'cos8小P+ma'saT=mr0 型压机 三前合力4=e2c2+←m2cs2-,e2cs20 -mro'cos0+y)sin y 二样0EW52 第了单功力州性④飞轮矩确定 压增机 mrcos(-cos)cos B+9)/ 当：m-m■w且￥=0时 1=+-m 可力T-F,sin(B+0)/osp wm-子m0合力方向g-g号 总向力TT+T, ,=（m+m ro sin e IIIIIK mro'cos 0 =+=m 使不购匀 角度式压缚机：平青宝质重-生复质重回钟顺己

2016-6-6 4 第 章动力特性 3 P32~35 3 惯性力平衡 三列压缩机 2 2 2 2 2 2 1 2 2 3 2 2 1 2 240 2 3 2 1 120              I m r I m r m r I m r m r s s s s            cos( ) ( cos sin ) cos( ) ( cos sin ) 二 列 Ir mrr 2 2 2 2 2 2 1 2 2 3 2 2 1 2 480 2 3 2 1 240              I m r I m r m r I m r m r r r s s s s            cos( ) ( cos sin ) cos( ) ( cos sin ) 三 列 I1合=0；I2合=0；Ir合=0 第 章动力特性 3 P32~35 3 惯性力平衡 三列压缩机 cos( ) cos sin cos ( cos sin ) 3 30 2 3 2 3 2 3 2 1 2 2 2 2 2 1                    m r a m r a m r a M m r a m r a s s 一 s s 阶 惯 性 力 矩  3m r a cos(  30) 矩 s cos( ) ( cos sin ) cos ( cos sin ) 3 2 30 2 2 1 2 2 3 3 2 2 3 2 2 1 2 2 2 2 2 2                       m r a m r a M m r a m r a s s s s 二 阶 惯 性 力 矩 330°(Mmax).150°(Mmin).60°.240°(0) 第 章动力特性 3 P32~35 3 惯性力平衡 V型压缩机      2 2 2 2 1 cos cos I m r I m r s s   一   列           2 90 2 90 2 2 2 2 1 cos ( ) cos cos( ) sin I m r m r I m r m r s s   二      列 θ ω ms’ ms’’ 列 I2  msr  cos 2(  90)  msr  cos 2 2 2 2 2 2 I1  (m sr cos )  (m s r sin  )  msr       tg m r m r tg s s   cos sin 2 2 一阶合力方向 一阶合力   2   2 2   2 2 2 2 2 2 2 I (m r cos ) ( m r cos ) m r cos 二阶合力  s   s  s 第 章动力特性 3 P32~35 3 惯性力平衡 V型压缩机 ( ) cos cos 1 2 2 1 2 2 1 2       tg m r m r tg s s       合力方向  θ2=-45°或135° 总往复质量：1级71.4kg；2级45kg 总回转质量：56.6kg 4L-20/8压缩机：平衡重2×38.1kg W型压缩机 取中间垂直列为基准列           cos( )sin cos sin 0 cos( )sin 2 2 2 1         m r m r I m r s s l s 第 章动力特性 3 P32~35 3 惯性力平衡 W型压缩机    cos(  ) cos    cos    cos(  ) cos 2 2 2 1 I m r m r m r v s s s  sin ;  cos 2 1 2 1 2 3 2 3 I m r I m r l  s v  s 2 2 1 2 1 1 2 3 I 合  I l  I v  msr 合力方向tg  tg 当: ms’ =ms’’= ms’’’,且γ= 60°时 2 2 合力方向tg tg     cos ( ) sin 2 1 2 1 I m r I m m r v s l s s       2 2 1 2 I1合  I1l  I v  m s r 当: ms’ =ms’’/2= ms’’’,且γ= 90°时 倒T型压缩机 角度式压缩机:平衡重质量=往复质量+回转质量 第 章动力特性 3 P32~35 4 飞轮矩确定 曲柄销处连杆力分解成沿曲柄切线方向的分力T 切向力与总切向力 θ ω Fl1 T1 T2 2列 1列 My = T. r= Fp . rsin(+θ)/cos T= Fp . sin(+θ)/cos Ttot =∑ Ti +Tr 切向力 阻力矩 总切向力 绘切向力图 f1- f2+ f3- f4+ f5- 总切向力图及功向量图 Δfmax 确定飞轮矩 旋转不均匀度δ  m    max  min  2  max  min    m

2016-6-6 南定飞矩 定飞轮师 以：，J习0泡断轨节，飞说 3D-3600x4 01/40 同沙电机性连装 小D 转中飞轮的大动能支化近=行儿2一吃) 史计算○ 领位力平国汽体力 E=1.包a-m=J28 第④章主要尺寸确定与气量调节 转速与主要尺寸确定了 V-35-45m/ 优在，地肉家德，别性好 六网大，n洋冷 平 括塞环、乳料、十字头滑板唐视大： ☐0=n 大型25S0rpm ④主要尺寸确定个与主要 →双作用一直径☐ 式 并反过整正v成， 气直每D 2D:-D-D) 单作用气直经

2016-6-6 5 第 章动力特性 3 P32~35 4 飞轮矩确定 确定飞轮矩 My - Md =-Jε   1/ 30 ~ 1/ 40   1/ 80   1/100  1/150 1/ 200 J包括:曲轴，联轴节，飞轮。 电机经皮带传动 经弹性联轴节传动 异步电机刚性连接(150kW以上)   1/150 ~ 1/ 200 ( ) 2 1 2 min 2 E  J  max  同步电机刚性连接 一转中飞轮的最大动能变化       2 max min max min ( ) 2 m E J    J      J=MD2/4 ； ωm=nπ/30           2 2 2 900 n w w J m max max ml mT w  f   max max 第 章动力特性 3 P32~35 4 飞轮矩确定 确定飞轮矩      2 2 2 3600 n w MD max D M M:飞轮轮缘部分质量,约为飞轮质量的90% D:飞轮轮缘截面质心所在圆的直径。 惯性力平衡 三 列 对 动 式 V 型 压 缩 机 两 列 对 动 式 W 型 压 缩 机 T 型 压 缩 机 气体力 压 缩 过 程 膨 胀 过 程 定量计算 小结 概念：略 P30~32 行程s缸径D1比ψ=s/D1 Ψ↓ D1↑ Ψ=0.3—0.6 优点：结构紧凑，刚性好 缺点：活塞力、相对余隙较大，零件笨重，冷却性能差 优点：活塞力、相对余隙较小，冷却性能好; 转速与主要尺寸确定 第 4 章主要尺寸确定与气量调节 1 Ψ↑ s↑ 活塞平均速度： vm=sn/60 优点：活塞力、相对余隙较小，冷却性能好; 缺点：体积相对大，刚性差。 活塞环、填料、十字头滑板磨损大； 气阀布置困难（排气量一定，气缸直径小）,相对余隙大； 转速高，导致轴径及轴承磨损大。 活塞平均速度： vm=sn/60 中大型压缩机（减轻重量）：vm =3.5~4.5m/s 直流阀压缩机：vm =5~6m/s 微型压缩机：vm =1.0~2.5m/s 迷宫式压缩机（为减少泄漏）：vm ≥ 4m/s 聚四氟乙烯密封环压缩机：vm ≤ 3.5m/s 转速与主要尺寸确定 第 4 章主要尺寸确定与气量调节 1 超高压压缩机（为保证摩擦件的耐久性）：vm≤2.5m/s 乙炔气体压缩机（乙炔具有爆炸性）：vm≈1m/s 摩托压缩机（为适应内燃机）：vm =7m/s 转速n Q V n D s i z n h d d             1 1 2 1 4 Q i z n  m d       1 1 3 1 145 微型和小型：3000~1000rpm 中型：500~1000rpm 大型：250~500rpm 转速n 行程 s=30 vm /n 活塞力大于2×104N时， 应取中国的行程系列值， 并反过来修正 或 转速与主要尺寸确定 第 4 章主要尺寸确定与气量调节 1 并反过来修正vm 或n。 气缸直径 D z s V V z D s D i h h i 1.13 4 2    气缸数 单作用 单作用气缸直径 双作用气缸直径 2 2 2 1 13 4 2 2 2 d z s V V z s D d D i h h  i (  )   .   双 作 用 级差式 转速与主要尺寸确定 第 4 章主要尺寸确定与气量调节 1 2 2 1.13 (2 ) 4 2 2 2 2 2 h h m h h m D D s V D V s D D D        级 差 式 Dm Dh D