压缩机的热力计算

压缩机的 主要热力性能参数
活塞式压缩机的热力性能参数主要是指 容积流量、排气压力、排气温度、功率 和效率。他们表征了压缩机的热力特性
压缩机的容积流量

m 3 / min


压缩机的容积流量，通常是指单位时间内， 压缩机最后一级排出的气体量换算到第一 级进口状态的压力和温度时的气体容积值。 习惯上用的单位为m3/min。 在计算容积流量时，要将气体中途分离掉 的水分、净化洗涤掉的气体（或加添的气 体）换算成进口状态的容积后加入（或减 去）。 水蒸气的压缩也是压缩机的能力。
• •
气缸余隙容积调节 • 连通一个或多个固定补助余隙容积：多用 于大型工艺用压缩机与空气压缩机 • 连通可变补助余隙容积：可用于大型工艺 用压缩机，调节范围100％～0％ • 部分行程连通补助余隙容积：用于大型压 缩机，调节范围100％～60％，调节装置较 复杂
活塞行程调节 • 改变行程：用于电磁压缩机、自由活塞压 缩机、汽车空调中斜盘压缩机，调节范围 100％～0％ 综合调节
压缩机的容积流量


压缩机的容积流量一般用流量计测量得到。当用 空气试验时，常将排出的有压力空气经流量计装 置直接泄入大气。这时压缩机的容积流量可按流 量计的计算公式直接求算，然后再加入析出的水 分等。具体测量及计算方法可参见国家标准 《GB/T 15487-1995 容积式压缩机流量测量方法》 对特定的压缩机，容积流量会随进气压力、进气 温度以及排气压力、冷却条件等因素改变。压缩 机铭牌上所标注的容积流量，是指在额定的进排 气条件以及冷却条件下测得的流量，称为公称容 积流量
• 联合使用：大型多级压缩机第一级用部分行程压开 进气阀，末级用补助余隙容积 • 联合使用：内燃机驱动时，100％～60％负荷由内 燃机改变转速，60％～0％由压开进气阀或截断进 气完成。 (试绘图各种调节方式的图，判断容积流量的连续性)
压缩机的排气压力通常指最终排出压缩机的气体压 力。排气压力一般在气体最终排出处，即最终贮气 筒处测量。 • 容积式压缩机排气压力的高低并不取决于压缩 机本身，而是由压缩机排气系统内（贮气筒） 的气体压力，即所谓的“背压”决定的 。
•
透平式压缩机排气压力的高低取诀机器本 身。 (压缩机启动工况下压力如何形成)
Td Ta
n 1 n
排气温度
K
Ta——进气温度（K）
——实际压力比
• 气缸有油润滑的压缩机 ，避免积碳，排气温度限 制在160~180℃以内 • 自润滑材料做密封元件的气缸无油润滑压缩机， 如填充聚四氟乙烯做成的元件，排气温度一般限 制在160℃以内 • 被压缩气体的特殊要求
• 第二级进气前的气体相对湿度 (析水条件？)
2
1 p s1 1
ps 2
l 1
排气系数
d v p T l
• 它等于压缩机实际容积流量与单纯按气缸行程容 积和转速计算的理论容积流量的比值。它是直接 反映压缩机气缸工作容积被有效利用的程度，也 称为压缩机的容积效率。
• • • •
多级压缩机第j级行程容积
考虑析水系数和净化系数后
j cj p1 T j 1 Vhj q v p j T1 vj pj Tj 1 j n
理论容积流量、容积流量与标准容积流量
• 理论容积流量为单位时间内所形成的工作容积之和，即等 于第一级各行程容积乘以转速之和, m3/min
• 容积流量是指单位时间内，压缩机最后一级排出的气体量 换算到第一级进口状态的压力和温度时的气体容积 值,m3/min • 标准容积流量也称供气量 指的是压缩机单位时间内排出 的气体容积量折算到标准状态的值，且不计入级间分离掉 的水份及抽气量。标准容积流量实际上表征了压缩机所排 出气体的物质数量（可以理解为表征的是压缩机排出气体 的质量）,N m3/min
入v --容积系数 入p --压力系数 入t --温度系数 入l --泄漏系数
•
当压缩机每分钟转速为n时，则容积流量为
qv dVh1nm / min
3
•
多级压缩机中，任意一级气缸行程容积与 容积流量的关系
p1 T j qv j cj vj pj Tj 1 jVhj n p j T1
• 压缩机的第一级吸进的气体中，通常总含有 一定的水蒸气。气体中水蒸气的含量用相对 湿度来表示 p
s
ps
• x ——气体的绝对湿度，即每1m3气体中所含水蒸 气的质量 • xo ——气体饱和绝对湿度，即在同一温度下，每 1m3气体中所含水蒸气的最大质量，当超过这个量时， 多余的水蒸气凝结成水。 • p , p s ——在同一温度下，气体中水蒸气分压和饱和 蒸汽压（Pa）。水蒸气的饱和压力与温度有关
m
3
/ min

• p0、p1——标准状态及压缩机第一级进口状态的 气体压力； • T0、T1——标准状态及压缩机第一级进口状态的 气温度； • f1——压缩机第一级进气前的气体相对湿度； • ps1——进气温度T1时的水蒸气饱和蒸汽压。
驱动机调节 • • 单机停转：简单易行，适于微型、小型压缩机。 内燃机：通过离合器驱动的压缩机，包括汽车 空调用压缩机。 多机时分机停转：空压机站及化工厂中多台压 缩机时，使用此法较方便。 无级变速：
q 单位时间内分离出的水分换算到第
一级进口状态时的容积m3/min
q =mw s1 pd /p1
• • • • 若为中途加进的气体，则应折算后以负值代入。 mw ——单位时间分离出的水的质量（kg/min） pd ——相对于温度T1时的水蒸气饱和压力（Pa） s1 ——相对于温度T1时的饱和水蒸气密度m3/kg
压缩机的其它常用评价指标
• 容积比能（比功率）：评价动力用空气压 缩机的常用指标，是指在一定的排气压力 下，单位排气量所消耗的功率，其值等于 压缩机的轴功率与容积流量之比，单位为： kW/(m3/min).比较两台压缩机的容积比能， 除排气压力相同外，进气条件、冷却水入 口温度、水耗量等也应相同。 性能系数与能效比：一定工况下制冷压缩 机的制冷量与消耗的功率之比，用符号 COP（Coefficient of Performance）表示
i
压缩机的效率是表示压缩机工作的完善程度，是用
理想压缩机所需功率和实际压缩机所需功率之比来表示的
•
• •
•
•
等温指示效率:压缩机理论循环等温指示功率与 实际循环指示功率/之比Pis / Pi 等温效率:压缩机理论循环等温功率与轴功率之 比Pis /Psh 绝热效率:压缩机理论循环绝热功率与轴功率之 比 Pad /Psh 机械效率 :压缩机实际循环的指示功率和压缩机 的轴功率之比 Pi /Psh 传动效率:压缩机轴功率与驱动机输出功率之比
Tj Tj
——级的实际进气压力；oj——级的进排气相对 压 力损失之和；nTj——级的温度过程指数。
压缩机轴功率 P =P + Pf + Pa
sh i
•
• •
驱动机传给压缩机主轴的功率被称为轴功 率，它等于以下三部分所需功率之和： 直接用于压缩气体的功率——压缩机的指 示功率P ； 克服压缩机运动件各摩擦部分所消耗的摩 擦功率Pf； 驱动附属机构所需的功率Pa
•
•
•
•
•
•
采用内燃机或汽轮机驱动时，可分别调速至60％ 与25％ 采用变频电动机驱动时，频率变化范围为30～ 120Hz 采用绕线式异步电动机驱动，增加转子电阻范围 100％～60％ 采用分级变速电动机驱动，改变定子电极对数， 通常只能在1～3对极之间变化。
气体管路调节
• • 进气节流：大、中型压缩机的小范围调节 （100％～80％），或偶尔调节的场合 截断进气口：常用于单级往复或回转压缩 机中，动力用二级空气压缩机也采用，它 会使末级压力比很大。 进排气管自由连通：主要用于起动释荷或 很少调节时（排气管应设止回阀） 进排气管节流连通：用于辅助性微量调节
标准状态有两种定义：
• ①化工计算中，标准状态指压力为 1.013*105Pa，温度为0℃。 • ②空气动力计算中，以海平面的平均压力 与温度，即1.013*105Pa与15℃为准。
标准容积流量中不含水蒸气，它与 压缩机的容积流量的关系
q N qv
p1 1 p s1 T0
p 0T1
Td Ta

n 1 n
K
Ta——进气温度（K）
——实际压力比
p sj
压缩机的功率
• • •
p sj
等温功率Pis 绝热功率Pad n 1 Z Z nTj sj n dj n P p V 1 0j j 2Z 指示功率Pi i 60 sj vj hj nTj 1 s1
•
谢谢大家！
• 氮氢气压缩机的排气温度考虑到润滑油的润滑性能，一般也限 制在160℃以下 • 对于压缩湿氯气，排气温度限制在100℃以下，干氯气的排气 温度限制在130℃以下 • 石油裂解气排气温度限制在100℃以下 • 乙烯压缩机、氧气压缩机一般排气温度限制在80～100℃。
排气温度
• 压力比降低 为了降低排气温 度，当总压比一定时，可采用 较多级数，使各级压力比降低 • 降低进气温度也可降低排气温 度。各级进气温度与中间冷却 器的回冷不完善度有关，因此 应尽量设计冷却效果好的中间 冷却器，或采用特殊冷却措施 降低进气温度。 • 降低压缩过程指数也可降低排 气温度。但压缩过程指数与气 体性质、气缸冷却状况和泄漏 情况有关。