多级活塞式压缩机变工况工作

( 3) 容积系数λ V , 表示由于被压缩气体在余隙容积内膨 胀 ,而使进气量减小的程度 。变工况过程中当余隙容积不变
作者简介 : 王 君 (1976 - ) ,男 ,硕士 ,现从事机械设计的研发工作 。
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Vol 16 No 3 机械研究与应用 第 16 卷 第3期 2003209 M ECHAN ICAL RESEARCH & APPL ICA TION 2003 年 9 月
5 结束语
图2 相对压力损失 通过对 L8220/ 8 型空压机进行试验 , 该空压机是两级压 缩 ,其设计工况为 : 进气压力为 : 0. 1MPa ( 绝对压力 , 以下相 同) ,中间压力为 : 0. 3MPa , 排气压力为 : 0. 9MPa 。用该空压
( 5) 压力系数 λ P , 表示由于吸气过程相对压力损失 δ S ,
[3]
, 因而相对压力损失 δ S 也
是变化的 ,工程上通常是查图 2 中的曲线确定压力损失 ,然后 计算压力系数 λP , 根据文献 [ 1 ] 中的论述 , 若吸 、 排气过程总 的压力损失以 δ表示 , 则吸气过程相对压力损失 δ S 约占 δ的
30 % ,而排气过程相对压力损失 δ d 约占 δ 的 70 % ( 包括排气
z
与进气温度 T 1k存在如下关系 :
T 2k = T 1kε k
n - 1/ n
( k = Ⅰ, Ⅱ…z - 1)
( 6)
由于出口气体经中间冷却器后 ,温度降低 ,进入下一级气 缸 ,假设各级中间冷却器的进出口气体温差都为平均冷却温 差 ,有 :
T 2k - Δ T m = T 1k+1 ( k = Ⅰ, Ⅱ…z - 1) ( 7)
时 ,容积系数只是压力比的函数 。 λ Vk
1/ = 1 - ak ε k
m
图 2 是根据空气压缩机活塞平均线速度 Cm = 3. 5m/ s 的 机器上得到的 [ 1 ] ,当应用于与空气性质相差较大的气体或 Cm
′ 不同时 , 可用图上查得的 δ S 值再用下式加以修正 :δ S =δ S
- 1
= V hk+1
为进气压力 ,Pa ; T 为进气温度 , K; Z 为气体压缩性系数 ;λ v 为容积系数 ;λT 为温度系数 ;λ P 为压力系数 ;λ 1 为泄露系数 ; μ < 为凝析系数 ;μ 0 为抽加气系数 ;Δ T m 为平均冷却温差 , K;
Z 为气体压缩性系数 ; m 为多变膨胀指数 ; T 为设计工况下
′
λ P1 K+1 Vk +1λ Pk+1λ Tk+1λ 1k+1 μ T 1k+1 Z1k+1 <k+1μ ok+1
( k = Ⅰ, Ⅱ Λz ) ( 3) ( 4)
δ 的气体温度 , K;δ为总的相对压力损失 ;δ 排气过程 s、 d 为吸 、 相对压力损失 ; Pd 为背压 ,Pa ;δ s 为修正后的吸气过程相对压 ρ 力损失值 ; n 为多变压缩指数 ;ρ、 ′ 为空气 、 所用气体的密 度 , kg/ m3 ; a 为相对余隙容积 ; Pb 为吸气状态下饱和水蒸汽 压力 ,Pa ;φ 为吸入气体的相对湿度 ; 下标 Ⅰ、 Ⅱ、 …k 、 … z为 气缸的级次 ; 下标 1 为进气状态 ; 下标 2 为排气状态 。
气体在级间等压流动 , 有 : ε k = P1k+1 / P1k ( k = Ⅰ, Ⅱ…z - 1 ) 背压决定末级的排气压力 , 有 : ε z = Pd / P1Z 方程 ( 3) 中各参数均受压力的影响 。
( 5)
( 1) 进气温度 T 1 , 气体经压缩后温度升高 , 出气温度 T 2k
0. 3 λ ( Cm/ 3. 5) 2 (ρ ) 2/ 3 ′ /ρ Pk = 1 - 7. 545/ Pk
( k = Ⅰ, Ⅱ…z - 1)
( 14)
( 6) 泄露系数 λ 1 , 根据压缩机结构 , 按相对泄漏量列表计 算。 图1 温度系数 λT 与压力比 ε的关系 ( 4) 温度系数 λT ,表示进入气缸的气体由于吸热体积膨 胀而使进气量减小的程度 。由图 1 可知 , 温度系数是压力比 的函数 ,且随压力比的增高而降低 , 为计算方便 , 用折线来拟 合温度系数曲线的平均值 λTm , 为了适应工况对温度系数的 影响 ,引入工况系数 Kh [ 2 ] , 这样温度系数的取值按下式计算 : λT = KhλTm = Kh 1 - A (ε - 1) 对 k 级有 : ε λ k - 1) Tk = Khk 1 - A k ( ( k = Ⅰ ,Ⅱ …z - 1)
后中间冷却器 、 油水分离器的压力损失 ) , 图中实线按 0. 24/
p 0. 3 绘制的 ,虚线按 0. 15/ p 0. 25 绘制的 ,国际单位制中压力的单
( k = Ⅰ, Ⅱ…z - 1) ( 10)
( Cm/ 3. 5) 2 (ρ ) 2/ 3 , 对于阻力较大的气阀及管路系统 : ′ /ρ
0. 25 λ ( Cm / 3. 5) 2 (ρ ) 2/ 3 ( k = Ⅰ, Ⅱ…z - 1) ′ /ρ Pk = 1 - 2. 654/ Pk
对于功率指标要求高的压缩机 :
Zk +1 / Zk ≈ 1 ( k = Ⅰ, Ⅱ…z - 1) ( 9)
3 计算变工况下中间各级状态参数的方程
气体在多级压缩机级间的流动情况是质量流量守恒 , 在 压缩机的一个行程内上一级排出的气体完全被下一级吸入 。 接受气体与所输送气体之间的平衡关系一旦遭到破坏 , 相应
Ξ 收稿日期 :2003 - 04 - 18
;P
的中间压力和温度就会相应的提高或降低 , 以期得到新的平 衡状态 。而压力和温度之间有着密切的关系 , 吸气量和排气 量又受多个系数的影响 ,若从求解各级压力或压力比入手 ,建 立各系数与压力或压力比的方程 ,解出各级压力或压力比 ,进 而求得各级温度 。 各级的排气量与各级行程容积之间的关系 [ 1 ] :
机对一储罐进行加压 , 从 0. 1MPa 加压到 1. 2MPa ,其中各级 压力的计算值与实际测量值基本相符 。以上对式 ( 3 ) 中的各 个参数均作了分析 ,其计算精度必然很高 ,而实际工程中可以 适当的简化 ,以方便求解 。该求解方程组是非线性的 ,可借助 计算机的求解 。
使进气压力降低 ,而使进气量减小的程度 ,λ P = 1 - δ S 。变工 况下 ,气阀的工作特性是变化的
( 12) ( 11) ( 7) 凝析系数 μ < , 当湿气体中水汽分压大于该温度下水
汽饱和压力时 ,便有一部分水汽凝结成水在液气分离器中析 出 。 k 级的凝析系数为 : μ <k =
( P1 Ⅰ - φⅠ Pb Ⅰ) P Ⅰk ( k = Ⅰ, Ⅱ…z - 1) ( 15) ( P1k - φk Pbk ) P1 Ⅰ
2 设计工况下多级压缩机的压力比分配
多级压缩机是在固有条件下 ( 已知各级进气压力 、 进气温 度、 排气压力 、 排气量等) 来设计各级气缸的行程容积的 ,在此 工况下运转时 ,各级热力参数保持一个预想的协调关系 ,操作 稳定 ,这种工况称为额定工况或设计工况 。多级压缩机 在设 计过程中选择级数的一般原则是 : 节省功率 , 机器结构简单 , 质量轻成本低及操作维修方便 ,有时主要是满足工艺流程上 的特殊要求 。压力比分配通常按最省功的原则进行 , 两级压 缩的最佳压力比是当其两级压力比相等时可获得最小指示 功 。级数为任意 z 级的压缩机的最佳压力比为 : εⅠ = εⅡ = … = ε k = …=ε z =
V hk
λ Vkλ Pkλ Tkλ 1k P1 K T 1 Ⅰ Z1 I μ<kμ P1 Ⅰ T 1k Z1k ok
( 2)
λ λ λT Ⅰ λ = VhⅠ VⅠ PⅠ 1 Ⅰ ( k = Ⅰ, Ⅱ…z ) 对 k 与 k + 1 级则有 : λ P1 K Vkλ Pkλ Tkλ 1k V hk μ T 1k Z1k <kμ ok
平均冷却温差 Δ T m 是设计工况下的各级中间冷却器进 、 出气体温差的平均值 ,即 : Δ Tm =
1
z - 1
z- 1 k =1
6
T 2 k - T 1 k +1
′
′
( 8)
( 2) 气体压缩性系数 Z , 对理想气体 Z 取 1 , 对非理想气
( 1)
ε m
体由于级间冷却 , 相邻两级的进气温度相差不大 , 可忽略气体 压缩性系数的影响 , 即 :
参考文献 :
[1] 高慎琴 ,潘永密 1 化工机器 [ M ] 1 北京 : 化学工业出版社 ,19921 [2] 往复压缩机变工况计算新方法 [J ] 1 压缩机技术 ,1996 , (5) :23 251 [3 ] 赵会军 ,梁伯然 1 活塞式压缩机气阀选用的若干问题 [J ] 1 抚顺
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多级活塞式压缩机变工况工作
王 君1 ,李雪琴2 ,刘振全1 ,刘兴旺1
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(1. 兰州理工大学 石油化工学院 ,甘肃 兰州 730050 ;2. 兰炼机械厂 ,甘肃 兰州 730060)
摘 要 : 详细分析了变工况下多级活塞压缩机的工作特点和气体在各级间的流动情况 , 建立了求解变工况下各中间级状态参数的方 程组 ,并具体讨论了常见的变工况 。 关键词 : 多级活塞压缩机 ; 变工况 ; 压力比 中图分类号 : TH45 文献标识码 :B 文章编号 :1007 - 4414 (2003) 03 - 0047 - 02
根据曲线图查得的结果 , 建议取值范围为 : A 取 0 . 015 ～
0 . 025 , 压力比越高直线斜率 A 的取值越小 ; 取 0. 927 ～ 1. 023 。
4 常见的变工况
背压变化 ,经常出现在压缩机开 、 停车过程中或排气管路 中的气体压力波动情况下 。在这种变工况下 , 已知 Ⅰ 级进气 压力 P1 Ⅰ ,背压 Pd ,其他各参数都为压力比或压力的函数 ,因 而可解 。若背压不变 , 中间任意级的某一温度 、 压力发生变 化 ,同样可解 。若由于中间某级的抽加气的变化 ,引起该级压 力变化 ,导致整机的各级压力比变化 ,按照实际抽加气情况确 定抽加气系数即可求解 。在由于中间某级气路故障引起的变 工况下 ,当确定压力 、 温度后 ,也可以求得某个系数的大小 ,用 于故障分析 。补充余隙调节是改变容积系数以减少进气量 , 用于压缩机的气量调节 , 通常是改变第 Ⅰ 级的余隙容积 。在 这种变工况下 ,按文献 [ 4 ] 确定余隙容积即可求解 。
气体在被压缩到第 Ⅲ 级后 ,其中水汽的分压相对该级的 名义压力已很小 ,可以认为 P1k - φk Pbk≈ P1k则上式简化为 : μ <k =
( P1 Ⅰ - φⅠ Pb Ⅰ) P Ⅰk ( k = Ⅰ, Ⅱ…z - 1) ( 16) P1
( 8) 抽加气系数 ,在无抽加气时 μ 0 = 1。 变工况中由方程 ( 3) ( 4) ( 5) ( 6) ( 7) ( 9 ) ( 10 ) ( 12 ) ( 14 ) ( 16 ) 可以解出各级压力比 。
1 前言
压缩机变工况是指压缩机的操作条件即各级进气压力 、 进气温度 、 排气压力 、 或排气量中只要有一个发生变化 , 其他 参数也会相应改变 ,从而破坏了压缩机各级之间原有的协调 平衡关系 ,直到重新建立起一种新的协调平衡关系为止 。多 级压缩机在实际运行中 , 经常是变工况运行 , 如背压变化 ; 中 间压力变化 ; 抽加气变化等 , 这种情况下 , 为了解压缩机的工 作情况 ,必须掌握压缩机中间各级状态参数的数值 ,尤其是压 力值 ,用以监测压缩机的运行状态和故障分析 。 以下是文中公式中量符号及其他的说明 。 ε为压力比 ;ε m 为总压力比 ; V h 为气缸行程容积 ,