教案-往復式氣體輸送管路系統(tǒng)的操作與控制

1、流體輸送設備操作與控制情境五：往復式氣體輸送管路系統(tǒng)的操作與控制課程單元1：輸送設備結構與選型（學時：6）授課班級 上課時間周 月 日 第 節(jié)上課地點理實一體化多媒體教室教學任務掌握往復式氣體壓縮機的理想工作循環(huán)、實際工作循環(huán)、余隙系數(shù)和容積系數(shù)等，熟悉往復式氣體輸送機械的工作原理，能夠根據(jù)給定輸送任務選擇合適的往復式氣體輸送機械。教學目標能力（技能）目標知識目標1、 能夠完成典型往復式氣體輸送機械的簡單拆裝；2、 掌握典型往復式氣體輸送機械的結構；3、 掌握往復式氣體壓縮機的理想工作循環(huán)、實際工作循環(huán)、余隙系數(shù)和容積系數(shù)等；4、 熟悉往復式氣體輸送機械的工作原理5、 能夠根據(jù)給定輸送任務選擇

2、合適的往復式氣體輸送機械。熟悉典型拆裝工具的使用；1、氣體輸送基礎；2、往復式氣體輸送機械；3、理想工作循環(huán)；4、實際工作循環(huán)；5、余隙系數(shù)；6、容積系數(shù)；7、氣體輸送影響因素；8、根據(jù)給定輸送任務選擇合適的往復式氣體輸送機械。教學步驟序號內容教學方式占用時間（學時）1往復式氣體輸送機械的分類實物教學12往復式氣體輸送機械的結構和工作原理實際操作33往復式氣體輸送機械初步設計與選型任務驅動245678授課主要內容、課時分配、版書設計輸送設備結構與選型（課程單元名稱）步驟一：課程引入 分組教學，3人一組。 實訓中心觀摩壓氣站現(xiàn)場，感官認識壓氣機設備。步驟二：往復式氣體輸送機械的分類結合實物現(xiàn)場講

3、解典型往復式氣體輸送機械 往復式壓氣機按照不同特征進行分類： (1)按壓縮級數(shù)分為：單級（圖1）；雙級（圖2、圖3）；多級； 圖1往復式單級壓氣機簡圖 圖2往復式雙級壓氣機簡圖a一單作用；b一雙作用圖3對稱平衡式雙級壓氣機的結構圖1-一級氣缸；2-一級活塞；3-曲軸；4-曲軸箱；5-油池；6-活塞桿；7-十字頭；8-密封填料；9-連桿；10-軸瓦；11-二級氣缸；12-二級活塞；13-聯(lián)結箱；14-機架；15-冷卻水管；16-氣壓表；17-中間冷卻器(2)按主軸一轉內吸氣次數(shù)分為：單作用；雙作用；(3)按氣缸位置分為：臥式；立式；角度式（L型、V型、W型）(圖4圖8)；(4)按冷卻方式分為：水

4、冷；氣冷；(5)按轉數(shù)多少分為：低轉速；中轉速；高轉速。圖4 4L-20/8型空氣壓縮機剖面圖圖5 回轉式壓氣機簡圖l一吸氣管；2-外殼；3-轉子；4-轉子軸；5-轉子上的滑片；6-空氣壓縮室；7-排氣管；8-水套圖6 DA350-61型離心式空氣壓縮機剖面圖1-吸氣室；2-工作輪；3-擴壓器；4-彎道；5-回流器；6-蝸殼；7-前軸封；8-后軸封；9-軸封；10-氣封；11-平衡盤圖7 LG25/16-40/7螺桿式空氣壓縮機主機組剖面圖l一一級主機：2-二級主機；3-增速箱圖8 YW9/7-I-型移動式空氣壓縮機橫剖面圖步驟三：往復式氣體輸送機械的結構和工作原理現(xiàn)場拆卸實施一：3人一組，領

5、取工具后進行往復式氣體輸送機械。實施二：拆卸過程中講授結構與工作原理一、往復式壓氣機的構造固定式往復壓氣機的結構型式一般為立式、臥式或直角式，移動式小型壓氣機則常采用V形或W形。絕大多數(shù)往復式壓氣機都做成兩級的，只有少數(shù)排氣量很小的壓氣機才做成單級的。單級壓氣機的主要缺點是當排氣壓力超過588686kPa(67計示大氣壓)時，其排氣溫度往往超過規(guī)定的許可數(shù)值(160180)。我國生產(chǎn)了排氣量為10、20、40及100m3/min的各種固定式壓氣機，并生產(chǎn)了排氣量為1、3及6m3/min的移動式壓氣機，可滿足各工業(yè)部門的需要。圖9表示排氣量為l0m3/min、額定壓力為686kPa(7計示大氣壓

6、)的1-10/7型單級臥式壓氣機的安裝總布置圖。壓氣機是單缸雙動式的，用水冷卻，具有自動壓力調節(jié)器。所用電動機的功率為75kW。壓氣機軸的轉速為290r/min，采用三角皮帶傳動。圖9 1-10/7型單級臥式壓氣機的安裝總布置圖現(xiàn)代往復式壓氣機是由大量的不同零件所組成的。這些零件與蒸汽機及內燃機的零件相仿，根據(jù)它們的任務和工作性質，可分為下列幾組：(1)運動機構組：包括機架、主軸承、主曲軸、連桿、十字頭及飛輪。(2)氣缸組：包括氣缸、氣缸襯、氣缸蓋及填料箱。(3)活塞組：包括活塞、活塞環(huán)及活塞桿。(4)配氣機構：包括閥室和氣閥。(5)調節(jié)裝置：包括實現(xiàn)排氣量和壓力調節(jié)的各種機件，如附加余隙容積

7、、輔助用的閥和管道等。(6)冷卻裝置：包括中間冷卻器和水套。(7)潤滑裝置：包括油泵、濾油器、管道、油冷卻器等。除潤滑裝置將在后面討論外，現(xiàn)在分別介紹這些零件。機架與軸承 機架用普通鑄鐵做成，為壓氣機的支持部分；壓氣機的氣缸即固定于其上。不同型式的壓氣機具有不同型式的機架。壓氣機主軸承的底座和機架鑄成一個整體。軸承內襯了軸瓦，軸瓦的內表面鑲了巴氏合金。軸承蓋與底座用螺栓和螺母固定在一起。新型的壓氣機也有采用滾珠軸承的。氣缸 低壓和中壓（1960kPa 20計示大氣壓以下）氣缸用高級鑄鐵做成，高壓氣缸則用鑄鋼做成。氣缸壁上鑄成一個中空體，叫做水套，冷卻水不斷由其中流過。氣缸頭上有氣缸蓋，側面有裝

8、潤滑油管的小孔。氣冷式壓氣機的氣缸，則用向外伸出的散熱片代替水套。散熱片與氣缸鑄成一個整體，外界空氣與散熱片接觸，產(chǎn)生自然對流，使氣缸得到冷卻?；钊?活塞用鑄鐵制成。單動式壓氣機的活塞為杯狀，內部裝有活塞銷，活塞銷固定在活塞壁的孔中。連桿的一端即套在活塞銷上。雙動式壓氣機使用盤狀活塞?；钊麠U用螺母緊固在活塞上，桿的另一端則與十字頭連在一起。為了防止高壓腔的空氣泄漏到低壓腔，在活塞周圍表面的槽中裝有活塞環(huán)?；钊h(huán)由高級鑄鐵做成，應具有足夠的彈性，對于單動式壓氣機，還裝有去油環(huán)，以去掉氣缸壁上過剩的潤滑油。十字頭 在雙動式壓氣機中須采用十字頭，用它來連接活塞桿與連桿。在十字頭的兩邊，裝有兩塊可以更

9、換的滑塊，滑塊在平行道內往復運動。由于十字頭承受反復載荷，所以通常用高級鑄鐵或鑄鋼制成。連桿 連桿的一端用銷子與十字頭連接或直接與壓氣機的活塞相連，另一端則與主曲軸相連。與十字頭相連接的一端叫做連桿頭，與主曲軸相連的一端叫做曲柄頭。連桿頭中有襯套。曲柄頭是由兩半塊合成，里面有襯套，有時稱此襯套為連桿軸承。連桿用鑄鋼做成。曲軸 曲軸是用優(yōu)質鋼鍛造成的。在壓氣機中，曲拐一般位于軸頸之間。在兩級壓氣機中，兩個曲拐通?；コ?0°或180°。填料箱 為了防止活塞桿穿過氣缸蓋處發(fā)生漏氣，必須采用填料箱作為密封裝置。把棉質或金屬填料放在箱內，外面用壓蓋壓緊，壓蓋則用螺栓緊固在氣缸蓋上。中

10、間冷卻器 中間冷卻器的主要任務是降低進入第二級氣缸的空氣溫度，以節(jié)省功率并析出壓縮空氣中的油分和水分，其結構型式有多管式、突片式和散熱器式3種。大型壓氣機大都采用多管式中間冷卻器只有小容量的移動式壓氣機才采用散熱器式。為了節(jié)約鋼材與減輕冷卻器的重量，小型壓氣機的冷卻器可改成突片式，其構造如圖10所示。L-20/8型壓氣機即采用了突片式冷卻器。圖10壓氣機的突片式冷卻器為了使壓縮空氣中的水蒸氣與油分進一步凝結，以減少管網(wǎng)內的凝結物并避免水蒸氣在用戶生產(chǎn)現(xiàn)場的風動機械內凝結，某些排氣量大的壓氣機，設有壓后冷卻器。壓后冷卻器的構造與中間冷卻器大致相同。 氣閥 為了周期地使壓氣機氣缸的工作容積與吸氣管

11、道和排氣管道相通，也就是說為了實現(xiàn)吸氣過程與排氣過程，必須采用吸氣閥和排氣閥?，F(xiàn)代壓氣機幾乎無例外地都采用平板形的閥。氣閥依照閥片的形狀分為片狀、環(huán)狀、條狀3種，依照閥體的形狀分為圓形、矩形和圓錐形3種。為了保證壓氣機工作的經(jīng)濟性和可靠性，閥片與閥座的接觸面應極平滑，使閥關閉時嚴密不漏氣；彈簧的剛度應合適，以保持閥的開啟和關閉迅速并減少損失。圖11表示片狀閥的構造，閥片1由3個相互連在一起的同心圓環(huán)組成。中間的環(huán)是斷開的，它起彈簧的作用。閥片1放在閥座2上，閥片的圓環(huán)把閥座上的3個環(huán)形孔堵住，閥開啟時空氣即由此環(huán)形孔通過。閥的上方有閥擋蓋3，彈性鋼片4貼在閥擋蓋上，它用來吸收閥片升起時的沖擊。

12、閥擋蓋用螺釘5固定在閥座上。為了得到所需要的升程，須在閥片1和彈性鋼片4之間放一墊片6。螺釘7是用來防止閥片1和鋼片4繞軸旋轉的。為了使閥迅速關閉，在擋蓋3中裝有螺旋彈簧8。 圖11片狀閥的構造 圖12環(huán)狀閥的構造1-閥片；2-閥座；3-閥擋蓋；4-彈性鋼片； 1-閥座；2-環(huán)狀閻片；3-彈簧；5-螺釘；6-墊片；7-螺釘；8-螺旋彈簧 4-彈簧支承座；5-閥擋蓋；6-螺釕大型壓氣機大都采用片狀閥或環(huán)狀閥。在排氣量很大的壓氣機中，為了增大氣閥通道的面積，有時采用圓錐形閥體的氣閥（圖12）。L-100/8型壓氣機即采用這種氣閥。條狀閥片分布在錐形閥體的周圍。閥體即作為閥擋蓋。閥座在閥體的內部。閥

13、片裝在閥體與閥座之間。除閥體以外，吸氣閥與排氣閥的零件都可互換。圖13圓錐形閥體的氣閥a-吸氣閥；b-排氣閥1-關閉機構；2-彈簧；3-閥座；4-閥體；5-導向環(huán)；6-壓緊螺釘二、壓氣機的輔助設備為維持壓氣機的正常工作，通常還需要一些輔助設備：空氣過濾器、冷卻器和油水分離器等。1空氣過濾器（1）必要性自然界的空氣在進入空氣壓縮機之前，必須經(jīng)過空氣過濾器以濾清其中所含的灰塵和其他雜質。一般要求通過過濾器之后空氣中所含的灰塵量小于1.0 mg/m3，空氣過濾器的終阻力不大于294Pa(30mmH20)?；覊m和其他雜質大量進入空氣壓縮機后，將使各機械運動表面磨損加快、密封不良、排氣溫度升高、功率消耗

14、增大，因而壓縮機的生產(chǎn)能力相應減少，壓縮空氣的質量也大為降低。（2）含塵濃度空氣的含塵濃度指單位體積空氣中所含的灰塵量，其表示方法有多種：重量濃度：單位體積空氣中所含的灰塵重量，稱為重量濃度，其單位以mg/m3表示；顆粒濃度：單位體積空氣中所含灰塵的各種粒徑的顆?？倲?shù)，稱為顆粒濃度，其單位以粒m3或粒/L表示；粒徑顆粒濃度：單位體積空氣中所含某一粒徑范圍內灰塵顆粒數(shù)，稱為某一粒徑范圍的顆粒濃度，其單位以粒m3或粒/L表示。（3）過濾效率由于含塵濃度的表示方法不同，所以空氣過濾器的過濾效率也分為計重效率、計數(shù)效率和粒徑計數(shù)效率。 (a)計重效率： (1)式中g1、g2分別為過濾器前、后空氣的重量

15、濃度，mg/m3。在計重效率中，由于試駐時所采用的塵源和測試儀器的不同，又有許多不同名稱之分。 (b)計數(shù)效率： (2)式中 n1、n2分別為過濾器前、后空氣的顆粒濃度，粒/L。 (c)粒徑計數(shù)效率： (3)式中 n1、n2分別為過濾器前、后空氣中某一粒徑范圍的顆粒濃度，粒/L。（4）典型案例 (a)金屬網(wǎng)空氣過濾器。圖14為金屬網(wǎng)空氣過濾器的外形圖。它是由鋼制金屬網(wǎng)箱和在其內填裝的數(shù)排金屬波狀網(wǎng)構成，網(wǎng)上涂浸粘油。 圖14金屬網(wǎng)空氣過濾器外形過濾后空氣中含塵濃度平均低于0.5mg/m3，其結構特征見表1所列。金屬網(wǎng)空氣過濾器的優(yōu)點是制造方便，可采取水平或垂直安裝方式，并便于以不同塊數(shù)相組合，

16、通過的空氣流速大。缺點是過濾效率較低。金屬網(wǎng)空氣過濾器的性能見表2表1金屬網(wǎng)空氣過濾器的結構特征型號網(wǎng)格層數(shù)波紋/mm網(wǎng)格規(guī)格/mm外形尺寸/mm重量/kg備注高間距前部中部后部長寬HBb大型185.514520520105553010.5小型125.5145205206033256.5表2金屬網(wǎng)空氣過濾器的性能型號風量 m3.h-1初阻力 Pa（mmH2O）終阻力Pa（mmH2O）容塵量 g發(fā)塵量g耗油量g.塊-1效率 %備注大型150052.92（5.4）107.8（11.0）450.46604.3818.775均為實驗數(shù)據(jù)小型150041.16（4.2）90.3.6（8.2）264.00

17、344.77105.777注：1.實驗塵流由20%炭黑和80%無煙煤粉組成，均經(jīng)球磨80h。粉塵密度1.51g/m3，分散度為2m占7%，1.33m占27%，<1.33m占66%。 2.粉塵濃度為11mg/m3 3.實驗在常用純大氣情況下測定。金屬網(wǎng)空氣過濾器的阻力與流量關系特性曲線如圖15所示。圖15 金屬網(wǎng)空氣過濾器的阻力與流量關系特性曲線 (2)填充纖維空氣過濾器。填充纖維空氣過濾器過濾后的空氣中，含塵濃度低于0.20.5mg/m3。填充纖維空氣過濾器由鋼制內外框金屬箱并填充平均直徑小于251m的玻璃纖維或聚苯乙烯纖維而構成，內框兩側裝有細的金屬網(wǎng)，使填裝的纖維密度保持一致。圖16

18、是填充纖維空氣過濾器的外形圖。圖16 填充纖維空氣過濾器外形2冷卻器（1）必要性空氣壓綰機的排氣溫度高達140170，壓縮空氣中所含的水蒸氣及油均為氣態(tài)，如帶至貯氣罐和管網(wǎng)中，將發(fā)生下列影響：1 油蒸氣聚集在貯氣罐中，形成易燃物，有時甚至是爆炸混合物；2 帶走了潤滑油，使機器潤滑狀況惡化并污染管道；3 由于渣子沉積于管道內而減小了管道截面積，并且聚集在個別管段內的凝結水在受到氣流壓力下有引起水擊的危險；4 在冰凍地區(qū)的冬天，凝結水使管道和附件凍結；5 含有油和水分的壓縮空氣供給用戶后會降低風動工具的生產(chǎn)效率，并有可能引起用氣設備生銹和腐蝕。 （2）典型案例 冷卻器的設計，應該在保證達到預定的冷

19、卻效果的前提下，力求結構緊湊，節(jié)省材料，制造工藝性能好，氣流流動阻力損失小，運動可靠以及安裝檢修方便。 A 多管式冷卻器。多管式冷卻器的結構形式如圖17所示。它主要由簡體、封蓋、芯子所組成。芯子由一束脹接或焊接在兩頭管板上的換熱管以及折流板、旁路擋板、拉桿和定距管所組成。圖17多管式冷卻器的結構形式1一固定管板；2-冷卻水管；3-活動管板；4-隔板；5-外殼在多管式冷卻器中，一般冷卻水在管內流動，空氣在管間流動。管內流動的冷卻水可以是單程或雙程流動，也可以是三程或四程流動。通過隔板的配置，管外的空氣以垂直于管束的流向多程地曲折前進。多管式冷卻器運行時外殼和管束的溫度是不同的，因此必須考慮熱膨脹

20、的補償措施。多管式冷卻器的管束間相鄰導管的中心距，一般取導管外徑d2的1.251.50倍，但其最小值受導管在端板上脹接的影響，不得小于56mm。根據(jù)一般使用經(jīng)驗，導管內徑均取d1=1220mm。多管式冷卻器一般使用的壓力p3050MPa。近年來，為了達到高壓，采用空氣在管內流動的設計，已得到廣泛應用。B 散熱片式冷卻器。在導管上配置散熱片能增大空氣側的傳熱面積，能較大地提高熱交換能力，并相應地縮小冷卻器尺寸和重量。在L型活塞式空氣壓縮機中已廣泛應用散熱片式冷卻器。3油水分離器（1）必要性油水分離器（或稱液氣分離器）的功用在于分離壓縮空氣中所含的油分和水分，使壓縮空氣得到初步凈化，以減少污染、腐

21、蝕管道和對用戶的使用產(chǎn)生不利影響。（2）結構形式油水分離器的作用原理，根據(jù)不同的結構形式，是使進入油水分離器中的壓縮空氣氣流產(chǎn)生方向和速度的改變，并依靠氣流的慣性，分離出密度較大的油滴和水滴。油水分離器通常采用以下三種基本結構形式：1 使氣流產(chǎn)生環(huán)形回轉；2 使氣流產(chǎn)生撞擊并折回；3 使氣流產(chǎn)生離心旋轉。在實際應用中，以上的結構形式如同時綜合采用，其分離油、水的效果則更加顯著。三、往復式壓氣機的理論工作循環(huán)往復式壓氣機主要是由氣缸和作往復運動的活塞構成。圖18表示單級單作用壓氣機的簡圖及理論工作循環(huán)圖。當活塞2自左端向右運行時氣缸1內造成真空，外界的空氣以壓力P1推開吸氣閥3進入氣缸。待活塞至

22、右端時共吸入容積為V1的空氣。隨后活塞返行，吸氣閥關閉，空氣受到壓縮。當活塞行至某一位置空氣被壓縮為V2的容積時，其壓力恰好等于風包中的壓力P2?；钊^續(xù)左行，空氣即推開排氣氣閥4進入風包。待活塞行至左端，排氣終了，遂完成一個循環(huán)，壓氣機軸至此恰好轉了一轉。以后，上述過程又重復進行。（1）理想假設1 壓氣機沒有余隙容積，排氣終了時氣缸中沒有剩余空氣；圖18往復式單級單作用壓氣機的簡圖及理論工作循環(huán)圖2 吸氣時氣缸內空氣壓力與溫度保持不變，且與周圍大氣的壓力和溫度一樣；3 壓縮過程為壓縮指數(shù)n等于常數(shù)的等溫過程、絕熱過程或多變過程；4 排氣時氣缸內空氣壓力與溫度始終保持不變，且與排氣管道及風包中

23、的空氣壓力與溫度相同；5 氣閥、活塞與氣缸壁間、填料函等處沒有漏氣。圖18上部所示為按照上述假定條件工作的壓氣機的理論示功圖?？v坐標代表氣缸中空氣的絕對壓力，橫坐標代表氣缸中空氣所占的容積，于是吸氣過程可用與橫坐標軸平行的直線a1代表，壓縮過程用曲線12代表，排氣過程則用直線2b代表。（2）理論工作循環(huán)計算一個循環(huán)內對壓氣機所作的全功等于吸氣功、壓縮功與排氣功的總和。考慮活塞對空氣做的功為正值，空氣對活塞做的功為負值。吸氣功LB可按下式計算： LB=-P1AS1=-P1 V1，式中P1吸氣壓力，N/m2；A活塞的面積，m2；Sl吸氣過程中活塞所行距離，m；Vl吸入空氣的容積，m3。排氣功為：

24、LH= P2FS2=P2 V2式中 S2排氣過程中活塞所行距離，m;V2排出的壓縮空氣的容積，m3。 壓縮功為： 一個循環(huán)內壓氣機的全功為： 吸氣功與排氣功可用示功圖圖18中直線al下的矩形面積與直線2b下的矩形面積表示，壓縮功則用曲線12下的面積表示。因此面積a12b表示一循環(huán)內壓氣機的全功。四、往復式壓縮機的實際工作循環(huán)往復式壓氣機的實際工作循環(huán)與理論工作循環(huán)的差別是：(1)存在余隙容積；(2)吸氣時壓力降低與排氣時壓力升高；(3)吸入空氣的溫度增高；(4)氣閥、活塞與氣缸壁間、填料函等處漏氣；(5)空氣的濕度。使得壓氣機的實際排氣量減小并使壓縮lkg或1m3吸入空氣所需的全功增加。壓氣機

25、排氣量是壓氣機在單位時間內所排出的壓縮空氣換算到周圍大氣溫度和壓力下所占的容積，通常以m3/min表示。1余隙容積的影響余隙容積是排氣終了時未排盡的剩余壓縮空氣所占的容積，也就是活塞到達死點位置時它與氣缸蓋及氣閥之間的空間。討論余隙容積的影響時先不考慮其他因素的影響，仍然假定吸氣壓力P1等于大氣壓力pa；排氣過程中的排氣壓力P2等于風包壓力Pc。在圖19中，排氣終止于點3，在余隙容積中剩余的壓縮空氣的容積為：VBP=mVT式中 VT活塞排量，即活塞掠過的容積；m余隙系數(shù)，即余隙容積占活塞排量的百分數(shù)，通常m=0.020.06。圖19有余隙容積的壓氣機的理論工作循環(huán)在活塞往右移動的吸氣過程中，余

26、隙容積中剩余的壓縮空氣發(fā)生膨脹，因此吸氣不是在活塞行程的起點3開始，而要等到氣缸中的壓力降到大氣壓力的點4時才開始，因此吸入的空氣不是VT而是Vs，也就是減少了壓氣機的排氣量。吸氣量Vs與活塞排量的比值為：式中0容積系數(shù)或容積效率。實質上0還只是理論容積系數(shù)，因為還未考慮吸氣壓力降低和排氣壓力升高的影響。容積系數(shù)的大小與余隙容積系數(shù)、壓縮比和壓縮指數(shù)有關。要想使壓氣機的容積系數(shù)大，必須把機器的余隙容積做得小，壓縮比不能過高，并且在運轉中冷卻得好，使壓縮空氣在膨脹過程中少吸收熱量，接近于絕熱膨脹。2、吸氣時壓力降低與排氣時壓力升高的影響空氣由大氣中吸入氣缸時，必須克服空氣過濾器、吸氣管道及吸氣閥

27、通道內的阻力，還要克服氣閥開啟時閥片和彈簧的慣性力等，所以吸氣時氣缸內的空氣壓力P1總是低于大氣壓力pa。同理，由于排氣閥、排氣管道和排氣管上閥門等處具有阻力，以及排氣閥片和彈簧的慣性力，排氣時氣缸內的壓力P2則大于風包內的壓力Pc。圖20表示吸氣壓力降低及排氣壓力升高時的示功圖。由于吸氣時壓力降低，開始壓縮的點1往往在大氣壓力線的下面。在此情況下吸入空氣的容積折合成大氣壓力下所占的容積為。如果吸氣壓力等于大氣壓力，則吸人空氣的容積為VS。由于吸氣壓力降低使排氣量減小的系數(shù)為： （其值一般為0.950.98）排氣壓力升高將使余隙容積中剩余空氣膨脹后的容積增大，也使吸氣量減少，但所產(chǎn)生的影響較小

28、。至于吸氣壓力降低及排氣壓力升高對壓氣機的功的影響，也可由圖20來研究。這時的示功圖面積為1234。吸氣壓力等于大氣壓力，排氣壓力等于風包壓力，壓縮相同重量空氣的示功圖面積為12 34 。圖中的陰影部分為兩者之差。所以吸氣壓力降低與排氣壓力升高將使壓縮相同重量空氣的壓氣機全功增加。圖20吸氣壓力降低及排氣壓力升高時的示功圖3、吸入空氣溫度增高的影響在吸氣過程中吸入的空氣遇著熱的氣缸壁，吸收其熱量而增高了吸人空氣的溫度。再者，余隙容積中余留的壓縮空氣與吸入空氣混合以后也增高了吸氣溫度。溫度升高就降低了吸入空氣的密度，從而減少了壓氣機以重量計的排氣量。由于吸入空氣溫度升高使排氣量減少的系數(shù)T一般在

29、0.94到0.97之間。通常吸氣溫度升高3時約增加1%的功。4、主機系統(tǒng)漏氣的影響壓氣機的漏氣，主要發(fā)生在下列各處：(1)吸氣閥不嚴密，壓縮時部分空氣返回吸氣管道；(2)排氣閥不嚴密，在吸氣沖程中排氣管道中的空氣漏回氣缸；(3)活塞和填料箱不嚴密，在壓縮和排氣時空氣從縫隙中漏過。漏氣不但使壓氣機的排氣量減少，還間接增加了壓氣機工作時所消耗的功。YT為考慮漏氣使排氣量減少的系數(shù)，其值一般為0.950.98。有時由于安裝或維護得不好，會使漏氣量達到很大的數(shù)值。5、空氣濕度的影響含有水蒸氣的大氣，稱為濕空氣。濕空氣的密度小于干空氣的密度。由于壓氣機吸入的是濕空氣，遂使壓氣機以重量計的排氣量，比吸人于

30、空氣時為少。而且吸人的空氣中所含的水蒸氣，有一部分在冷卻器或風包內凝結成水而排出，也減少了壓氣機的排氣量?？紤]空氣濕度使壓氣機排氣量減少的系數(shù)BH一般在98%左右。5、 往復式壓氣機的功率及效率1、壓氣機的排氣量在壓氣機排氣管道上裝設流量計，可以測出單位時間內流過的空氣容積，把它換算成大氣溫度和大氣壓力下所占的容積，便得到壓氣機的實際排氣量VK。根據(jù)氣缸尺寸和轉數(shù)可求出壓氣機的理論排氣量。對于單作用式壓氣機，其理論排氣量為： 式中 VT壓氣機的理論排氣量，m3min;D氣缸的內直徑，m；S活塞行程，m；n壓氣機的轉數(shù)，r/min。對于雙動式壓氣機，其理論排氣量為： 式中 d活塞桿的直徑，m。如

31、為兩級或多級壓氣機， D則為低壓氣缸之內徑。如有兩個或多個吸氣氣缸，則公式的右邊應乘以相應的倍數(shù)。實際排氣量與理論排氣量之比值，稱為供氣效率：值一般在0. 75-0.9范圍內。在單級壓氣機中，由于壓縮比較高，之值較小，供氣效率往往較小。2、壓氣機的功率壓氣機按理論工作循環(huán)工作時所需的功率，稱為理論功率。當壓縮過程為等溫過程時，壓氣機所需功率稱為等溫理論功率。當壓縮過程為絕熱過程時則所需功率稱為絕熱理論功率。等溫理論功率NT.H3(kW)按下式計算： 式中 Lv.3壓氣機按等溫壓縮時對1m3吸人空氣的全功；VK壓氣機的排氣量，m3min?？諌簷C的絕熱理論功率則為：式中 Lv.a壓氣機按絕熱過程壓

32、縮時對1m3吸人空氣的全功。壓氣機的實際功率須用實驗方法來求。實際功率有好幾種。壓氣機活塞上所需功率為指示功率，其值一般可由壓氣機的實際示功圖中求出平均指示壓力后，再按公式計算。圖21中的h為示功圖的平均高度，l為示功圖的長度，都用mm做單位。H和l的乘積等于示功圖中的面積。根據(jù)與l的數(shù)值求出h后，即可按下式求出平均指示壓力：Pi=h/m式中 m示功器內彈簧的尺標，mm/at。對于單氣缸單動式壓氣機，指示功率Ni(kW)為：式中 A活塞的工作面積，m2；S活塞的行程，m;n壓氣機的轉速，r/min。對于單氣缸雙動式壓氣機或多氣缸壓氣機，則指示功率為活塞兩側指示功率或各個氣缸指示功率的總和：圖2

33、1往復式壓氣機的實際示功圖3、壓氣機的效率壓氣機的理論功率與指示功率的比值稱為指示效率。（1）等溫指示效率以等溫理論功率為度量標準，則等溫指示效率應表示為：（2）絕熱指示效率如以絕熱理論功率為標準，則絕熱指示效率為： i.3的數(shù)值一般在0. 720. 80范圍內，而i.a的數(shù)值則在0.900.94范圍內。（3）機械效率壓氣機軸的聯(lián)軸器上所需的功率NK稱為軸功率。指示功率與軸功率的比值稱為機械效率：Mex的值隨壓氣機的結構、制造質量及潤滑是否良好而改變，一般在0.850.95范圍內。（4）傳動效率壓氣機的軸功率與原動機軸上功率NB的比值稱為傳動效率，可用下式表示：n考慮了皮帶輪轉動或齒輪傳動的損

34、失，其值視傳動方法而改變，一般在0.950.98范圍內。當壓氣機與原動機直接傳動時，則NB=NK，于是，n=1。六、往復式壓氣機的壓縮比1、單級壓氣機的壓縮比壓氣機的容積效率隨著壓縮比的提高而不斷減小，同時壓縮終了時的溫度隨著壓縮比的提高而增大。當空氣溫度過高時氣缸內潤滑油將分解和燃燒，以致在氣閥上形成積垢，破壞正常工作，甚至會引起風包及排氣管道的爆炸。所以氣缸的潤滑規(guī)定必須采用燃點較高的壓縮機油。壓縮終了的溫度應不超過160180。壓縮終了時的空氣溫度為：由此可得：由此公式所決定的壓縮比，稱為壓氣機的極限壓縮比，受壓縮終了時溫度的限制。假定開始壓縮時的溫度為20，壓縮終了時的溫度為180，n

35、= 1.4，則極限壓縮比為4.6。實際上由于氣缸在進行冷卻（n<1.4），壓縮比一般可限制為55.5。小尺寸的單級壓氣機，壓縮比可達到78。2、往復式壓氣機的兩級壓縮及多級壓縮壓氣機要獲得較高的排出壓力，須進行兩級或多級壓縮。圖22為兩級立式壓氣機示意圖。大氣中的空氣由吸氣管經(jīng)吸氣閥KB1進入低壓氣缸。在低壓氣缸內空氣被壓縮到某一中間壓力Px后推開排氣閥KH1流人中間冷卻器進行冷卻。冷卻后的空氣經(jīng)吸氣閥KB2進入高壓氣缸再進行壓縮。被壓縮到終壓力P2的空氣最后經(jīng)閥KH2排入排氣管道。圖22兩級立式壓氣機示意圖圖23及圖24所示為理想的兩級壓縮的示功圖和溫熵圖。點1表示第一級氣缸內壓縮開始

36、時的空氣狀態(tài)?？諝庥蓧毫1按照多變過程壓縮到中間壓力Px，線1A即為壓縮線。在中間冷卻器內空氣在壓力不變的條件下冷卻到溫度T1，比容則減小為Vx，AB即為冷卻線。示功圖中的點B位于通過點1的等溫線上。在第二級氣缸內空氣由狀態(tài)B按相同壓縮規(guī)律壓縮到終壓力P2，B2為壓縮線。如果不經(jīng)過中間冷卻器，整個壓縮過程將按線1A2'進行。圖中的陰影面積AB22代表兩級壓縮比單級壓縮所節(jié)省的功。溫熵圖中表明，兩級壓縮時最后溫度T2比單級壓縮時的最后溫度T2要低。由于兩級內壓縮比相等，最后溫度T2等于低壓氣缸壓縮終了時的溫度TA。 圖23兩級壓縮的示功圖 圖24兩級壓縮的溫熵圖3、海拔高度對壓氣設備的

37、影響以符號G0，VO，P0，T0表示壓氣機位于海拔平面上的吸氣重量(kg)、吸氣容積(m3)、吸氣壓力( Nm2)及吸氣溫度(K)等參數(shù)；而以符號GH，VH，pH，TH表示壓氣機位于海拔H(m)高度上相應的各參數(shù)。大氣壓力和溫度隨海拔高度而降低的數(shù)值可利用下式計算：現(xiàn)在就壓氣機在產(chǎn)生相同表壓力的空氣的情況下來分析。由狀態(tài)方程 可得壓氣機因海拔高度增加而減少的重量排氣量的比值： 式中 a排氣量的高度系數(shù)； 因高度影響使吸人空氣的比重減小的系數(shù)；因高度影響使吸人空氣的容積減小的系數(shù)。 在高處與在海平面吸人空氣的容積之比應等于吸氣氣缸容積效率之比，所以 式中 H和0為在高處及海平面吸氣氣缸的容積效率

38、?？梢姡瑢?m3吸入空氣的壓氣機全功Lv將隨著海拔高度的增加而減小，故壓氣機所需的功率也相應地減小。當然，對lkg空氣的全功則略有增加。結果表明，設在海拔較高處的壓氣機站應選用排氣量較大的壓氣機，才能使壓氣工作系統(tǒng)產(chǎn)生同樣的效果。因此，在選擇空氣壓縮機和確定站房的設備安裝容量時，應根據(jù)所在地區(qū)的海拔高度，考慮相應的修正系數(shù)（見表3）后作為壓縮機的實際生產(chǎn)能力（即將設計消耗量乘以大于1的修正系數(shù)，或者將壓縮機原來以體積計算的額定生產(chǎn)能力除以大于1的修正系數(shù)后所得之數(shù)值作為設備選型的依據(jù)）。表3不同海拔高度處的修正系數(shù)海拔高度 m0305610914121915241829213424382743

39、304836584572修正系數(shù)1.001.031.071.101.141.171.201.231.261.291.321.371.43七、壓氣機的儲氣、冷卻和電力拖動1、壓氣機的儲氣罐壓氣機都設有儲氣罐（又名風包），裝置在壓氣機與壓縮空氣管網(wǎng)之間，其功用如下：(1)緩和由于往復式壓氣機排送壓縮空氣的不連續(xù)性而引起的壓力波動；(2)除去壓縮空氣中所含的水分及潤滑油，因為水和潤滑油能使壓縮空氣管道的斷面縮小，因而增加阻力損失；水還能使風動機械生銹并發(fā)生水力沖擊；(3)儲存壓縮空氣，供空氣消耗量增大或壓氣機停止運轉時之需。一般壓氣機站裝設風包是為了第(1)、(2)條的目的。風包為一圓筒狀的密閉容器

40、，有立式和臥式兩種。圖25表示立式風包。每個風包上一般具備下列附件：(1)與管道聯(lián)結的法蘭盤；(2)與接通調節(jié)器的小管相連的法蘭盤；(3)安全閥；(4)放出水和油的閘閥；(5)安裝壓力計用的管套；(6)壓氣人孔。風包用鍋爐鋼板鉚接或焊接而成。在壓力不超過0 .1MPa（10個大氣壓時），要對風包用超過工作壓力1.5倍的壓力進行水力試驗。風包須裝設在地基上，并裝在壓氣機房外面靠近壓氣機房的陰涼地方，與壓氣機房的距離應不超過1215m。在風包與壓氣機之間的排氣管道上，不應裝設閘閥，因為在閘閥關閉的情況下起動往復式或回轉式壓氣機時，可能引起事故。如果必須裝設閘閥，須在它的前面裝置安全閥。每臺壓氣機應

41、各有自己的風包。風包和排氣管道內部應定期清洗。2、水冷卻系統(tǒng)壓氣機站的供水系統(tǒng)分為單流系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)兩種。當壓氣機站附近有大量自然水時，可采用單流系統(tǒng)。在單流系統(tǒng)中，水流過壓氣機的冷卻表面之后即被導人鍋爐等設備再利用或直接引至污水溝中。水消耗量很小的壓氣機站，也可用自來水進行冷卻。在循環(huán)系統(tǒng)中，水可多次地用來冷卻壓氣機。把壓氣機流出的受熱的水，導入冷卻塔或噴水池冷卻到原來的溫度，再供壓氣機使用。水消耗量不大的壓氣機站，也可用普通水池進行冷卻。 圖25立式風包結構示意圖 圖26用冷卻塔的水冷卻系統(tǒng)圖 1-冷卻塔；2-水井；3-水池；4-壓氣機；5-閘閥 Nl- l號水泵；N2-2號水泵圖26所示

42、為用冷卻塔的水冷卻系統(tǒng)圖。冷卻塔1是木制塔，用1號水泵將熱水從水井2號送往塔的上部。水沿塔內落下，打在用特制木條做成的格子上，使水分成小滴，并被迎面流過的空氣所冷卻。冷卻過的水流入池3內，再用2號水泵將水送給壓氣機4供冷卻用。在噴水池內，裝在地上面的專用噴射器和噴嘴將水噴成細滴，水滴由于和周圍空氣接觸而得到冷卻。熱水約在980kPa(1計示大氣壓)下送至噴水池，因而分成細微的噴流，冷卻后的水落入池中，再用水泵將水供給壓氣機使用。噴水池所占面積可按下式計算：式中 Q水由壓氣機流出時帶走的熱量，kJ/h；q噴水池單位時間單位面積散發(fā)的熱量，其值一般為3140162802kJ/(m2.h)。冷卻塔所

43、占面積約為噴水池面積的1/41/3。3、壓氣設備的電力拖動與自動化壓氣機拖動裝置的基本形式是電動機拖動。此外，離心式壓氣機可采用汽輪機與燃氣輪機來驅動。在電能供給不方便的情況下，移動式壓氣機可用內燃機來驅動。壓氣機所用的電動機的容量在100kW以下時，都采用鼠籠式或繞線式異步電動機。當容量超過lOOkW時可采用同步電動機。鼠籠式異步電動機的優(yōu)點是：管理簡單，價格低，工作可靠，體積小，在額定負荷時的效率與功率因數(shù)都較高和便于自動化。但是，鼠籠式異步電動機的起動力矩較小，起動電流很大，在欠負荷時的功率因數(shù)甚低。由于壓氣機都是空載起動，起動時所需的力矩只有全負荷的20%30%，所以起動力矩不是一個主

44、要問題。只二要電動機的容量不大，起動電流稍大一些也不致引起很大困難。所以當變電所有足夠大的容量時，可采用鼠籠式電動機并進行直接起動。為了減小起動電流，也可采用雙鼠籠或深槽式鼠籠電動機。當變電所容量較小時，可采用繞線式異步電動機，因為這種電動機利用變阻器起動時的起動電流較小。同步電動機的主要優(yōu)點是功率因數(shù)高，但是它的構造較復雜，自動化也較困難。為了減小鼠籠式異步電動機的啟動電流以及用異步起動法起動的同步電動機的起動電流，可使用自耦變壓器或電抗器。固定式壓氣機站的電動機大都采用3000V或6000V的電壓。當功率在100kW以下時，可用220V或380V的電壓。為了保證壓氣設備合理地安全運轉和減輕

45、工人的緊張勞動，實現(xiàn)壓氣設備的自動化便具有十分重要的意義，對于大型的中心壓氣機站更是如此。壓氣機設備起動過程的自動化包括自動供給冷卻水、自動起動潤滑油泵、使壓氣機自動進入空轉狀態(tài)、自動起動電機等動作。當頭3項準備工作未完成時，電動機不可能起動。當壓氣機停車時，各系統(tǒng)又自動恢復原狀。壓氣設備的自動保護裝置有斷水或冷卻水量不足保護、油壓不足或斷油保護、軸承溫度過高保護、排氣壓力過高保護、排氣溫度過高保護等裝置。當呈現(xiàn)上述任何一種異常情況時，通過特有的機構和繼電器的作用，能發(fā)出各種信號或切斷主電動機的電氣回路，使壓氣機自動停車。實施三：填寫任務表： 項目 種類狀態(tài)描述功能描述件數(shù)其他合計實施四：小組

46、匯報實施五：各組指派一名同學介紹本組任務的完成情況，各組須匯報訓練過程中遇到了什么問題、如何解決的、有些什么收獲；實施六：點評；步驟四：往復式氣體輸送機械初步設計與選型實施一：任務分析壓氣設備的選型設計是要計算壓氣機站總供氣量，確定壓氣機的型式和臺數(shù)；選擇電動機的型式及控制設備；選擇冷卻設備、風包和空氣過濾器；決定壓氣機廠房的尺寸并進行壓氣機站的布置；計算空氣管網(wǎng)，制訂技術經(jīng)濟指標，計算電耗和壓縮空氣的成本。在設計壓氣設備時應該已知：工作系統(tǒng)的供氣量及壓力要求、服務年限和工作面條件。實施二：壓氣站初步設計1、決定壓氣機站必需的供氣量壓氣機的排氣量以大氣溫度和壓力下所占的容積來表示，其單位一般為

47、m3/min。各種設施的空氣消耗量可從產(chǎn)品說明書中查出；但在工作日久受到磨損后，空氣消耗量將增加。各種工作設施的總空氣消耗量可按下式計算： 式中 mi在一班內工作的同類型設備的臺數(shù)；qi臺設備的空氣消耗量，m3min；由于設備磨損使空氣消耗量增加的系數(shù)，其值一般為1.11.15;i各種設備的同時工作系數(shù)，隨設備的臺數(shù)多少而定。 管網(wǎng)的漏氣損失須預先確定。漏氣損失的大小決定于管子的聯(lián)結方法、接頭數(shù)目、法蘭盤聯(lián)結時的墊片材料、聯(lián)結處裝配是否緊密、管道直徑及管內的空氣壓力等；根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，管道的平均漏氣損失為a=80125m3/(h.km)?？諝夤芫W(wǎng)的總漏氣損失為 式中 VYT總漏氣損失，m3min

48、；L空氣管網(wǎng)的總長度，km。所以壓氣機站的最小排氣量為 在一般情況下漏氣損失不超過空氣消耗量的20%，于是上式可表示為 式中考慮管網(wǎng)漏氣的系數(shù)，其值為1.11.2。當壓氣設備在海拔高處工作時，由于壓氣機以重量計的排氣量減小，因此應按下式所求出的排氣量來選擇壓氣機：式中按公式計算的排氣量高度系數(shù)的倒數(shù)；2、決定壓氣機站必需的出口壓力根據(jù)設備系統(tǒng)所需要的工作壓力，并且考慮管路各部分的壓力損失和壓力增加值來決定壓氣機站必需的出口壓力。3、選擇壓氣機的臺數(shù)和型式根據(jù)壓氣機站所必需的供氣量和排出壓力來選擇壓氣機。固定式壓氣機站內，除去工作的壓氣機外，須有l(wèi)臺備用的壓氣機。除了壓氣機站的供氣量甚小可采用兩

49、臺壓氣機外（1臺工作，1臺備用），一般都采用3臺以上的壓氣機。應盡量選用同型式的壓氣機，以減少備用零件的數(shù)量，并可使管理人員較快地熟悉壓氣機站的運行設備。選擇壓氣機時，有時須做方案比較。例如總供氣量為80m3/min的壓氣機站可選用3臺40m3/min的壓氣機，其中兩臺工作，l臺備用；也可選用5臺20m3min的壓氣機，其中4臺工作1臺備用。必須對此兩種方案進行技術經(jīng)濟比較，比較時需考慮設備費、電費、使用方便的程度、壓氣機廠房的尺寸及費用、運輸費和安裝費等。如果壓氣機用皮帶傳動，當壓氣機的總額定排氣量大于壓氣機站所必需的供氣量時，可適當改變皮帶輪的尺寸來降低壓氣機的轉數(shù)，以避免工作運行壓氣機的

50、調整次數(shù)或起動次數(shù)過于頻繁。4、計算電動機的功率并選擇電動機的型式及控制設備決定壓氣機軸與電動機軸之間的傳動方式。根據(jù)第四章第四節(jié)所述方法計算出所需的電動機的功率，再根據(jù)有關專業(yè)產(chǎn)品手冊選擇電動機的型式及控制設備。5、冷卻系統(tǒng)的設計首先根據(jù)有關公式計算所需的冷卻水消耗量并選擇冷卻系統(tǒng)；確定冷卻塔或噴水池的尺寸；然后選擇冷卻水泵及拖動水泵的電動機。6、選擇風包和空氣過濾器首先按有關公式計算風包容積并選擇風包的型式和數(shù)目。然后計算空氣過濾器的面積并確定過濾器的數(shù)目和型式。7、壓氣機廠房的布置根據(jù)所選壓氣機的構造和技術操作規(guī)程，參考有關專業(yè)（如設備安裝、供排水和混凝土工程等）資料，布置壓氣機站并決定

51、壓氣機廠房的尺寸。8、壓縮空氣管網(wǎng)計算計算并選擇空氣管道的直徑，并且規(guī)劃合理的管路系統(tǒng)、敷設方案及重要附件。9、確定全年耗電量根據(jù)下式確定壓氣站的全年耗電量： 式中：W全年耗電量，KW.h/a； Z同時工作的壓氣機臺數(shù)Nk壓氣機的軸功率，KWt壓氣機一晝夜工作的小時數(shù)；b一年內壓氣機的工作日數(shù)；nB電動機的效率；n機械系統(tǒng)的傳動效率；c動力供電電網(wǎng)效率；K3壓氣機的負荷系數(shù)，等于壓氣機組的實際排氣量與額定排氣量的比值。0.2Nk壓氣機的空載功率。10、壓氣設備的技術經(jīng)濟指標根據(jù)設備價格、設備運費和安裝費以及房屋建造贊等計算出壓氣設備部分的基本建設費。依照設備的使用年限（一般為20年或以上），求

52、出每年的折舊費。把折舊費、工資、電費和材料費加在一起即得每年的總支出，從而求得1m3壓縮空氣的成本。步驟五：布置預習任務：往復式氣體輸送系統(tǒng)的操作與控制預習任務：1、 往復式氣體輸送機械的操作規(guī)程；2、 往復式氣體輸送機械的開停車、流量調節(jié)等操作與控制；3、 氣體輸送過程中的注意事項；4、 安全生產(chǎn)常識。流體輸送設備操作與控制情境5：往復式氣體輸送管路系統(tǒng)的操作與控制課程單元2：往復式氣體輸送機械的開停車和運行（學時：4）授課班級 上課時間周 月 日 第 節(jié)上課地點理實一體化多媒體教室教學任務 應用仿真系統(tǒng)和實訓裝置，進行往復式氣體輸送管路系統(tǒng)的操作與控制，掌握往復式氣體輸送機械的開停車、流量

53、調節(jié)等操作與控制，掌握氣體輸送過程中的注意事項。教學目標能力（技能）目標知識目標6、 能夠進行往復式氣體輸送機械的開停車操作；7、 能夠進行往復式氣體輸送系統(tǒng)的流量調節(jié)等操作與控制；8、 掌握氣體輸送過程中的注意事項；9、 掌握安全生產(chǎn)常識。1、 掌握往復式氣體輸送機械的操作規(guī)程；2、 掌握往復式氣體輸送機械的開停車、流量調節(jié)等操作與控制；3、 掌握氣體輸送過程中的注意事項；4、 掌握安全生產(chǎn)常識。教學步驟序號內容教學方式占用時間（學時）1課程引入任務驅動0.12往復式氣體輸送機械的開停車操作仿真教學1.93往復式氣體輸送系統(tǒng)的流量調節(jié)等操作與控制仿真教學1.54學生總結與討論現(xiàn)場討論0.35總結與點評現(xiàn)場點評0.2678授課主要內容、課時分配、版書設計往復式氣體輸送機械的開停車和運行步驟一：課程引入 實施一：介紹仿真環(huán)境和往復式氣體輸送機械正常開停車任務。 實施二：學生分組，2人/組。步驟二：往復式氣體輸送機械的開停車操作