第十二章《矿山流体机械》课件.ppt
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1、第十二章第十二章 螺杆空压机的工作理论螺杆空压机的工作理论 本章学习要点本章学习要点 螺杆空压机概述螺杆空压机概述 螺杆空压机的工作理论螺杆空压机的工作理论 螺杆空压机的工作参数螺杆空压机的工作参数 本章小结本章小结第一节第一节 螺杆空压机概述螺杆空压机概述 螺杆空压机的结构如右图所螺杆空压机的结构如右图所示。在示。在“”字形的气缸中,平行字形的气缸中,平行地配置着一对相互啮合的螺旋形地配置着一对相互啮合的螺旋形转子。一般阳转子与电动机连接,转子。一般阳转子与电动机连接,由阳转子带动阴转子转动。因此,由阳转子带动阴转子转动。因此,阳转子又称为主动转子,阴转子阳转子又称为主动转子,阴转子又称为从
2、动转子。在空压机机体又称为从动转子。在空压机机体的两端,还分别开设了一定形状的两端,还分别开设了一定形状和大小的吸气和排气孔口。和大小的吸气和排气孔口。一、螺杆空压机的工作原理一、螺杆空压机的工作原理 吸气过程开始时,气体经吸气孔口分别进入阳、阴转子的吸气过程开始时,气体经吸气孔口分别进入阳、阴转子的齿间基元容积。随着转子的旋转,这两个基元容积各自不断扩齿间基元容积。随着转子的旋转,这两个基元容积各自不断扩大。当其达到最大值时,基元容积与吸气孔口断开,吸气过程大。当其达到最大值时,基元容积与吸气孔口断开,吸气过程结束。此时,两转子齿间的基元容积彼此孤立,如左图所示。结束。此时,两转子齿间的基元
3、容积彼此孤立,如左图所示。随着转子继续旋转,当两转子彼此相遇时,由于转子齿的随着转子继续旋转,当两转子彼此相遇时,由于转子齿的相互挤入,基元容积逐渐缩小,直到该基元容积与排气孔口相相互挤入,基元容积逐渐缩小,直到该基元容积与排气孔口相连通时为止,从而实现气体的压缩过程,如中、右图所示。连通时为止,从而实现气体的压缩过程,如中、右图所示。在基元容积与排气孔口连通后,即开始排气过程,如在基元容积与排气孔口连通后,即开始排气过程,如下图所示。随着基元容积的不断缩小,具有排气压力的气下图所示。随着基元容积的不断缩小,具有排气压力的气体逐渐通过排气孔口被完全排出。体逐渐通过排气孔口被完全排出。螺杆空压机
4、中,阳、阴转子转向互相迎合的一侧,基螺杆空压机中,阳、阴转子转向互相迎合的一侧,基元容积逐渐缩小,气体受到压缩,为高压力区;转子转向元容积逐渐缩小,气体受到压缩,为高压力区;转子转向彼此相背离的一侧,基元容积逐渐扩大,处在吸气过程,彼此相背离的一侧,基元容积逐渐扩大,处在吸气过程,为低压力区。为了在机器中实现内压缩过程,螺杆空压机为低压力区。为了在机器中实现内压缩过程,螺杆空压机的吸、排气孔口应呈对角线布置。的吸、排气孔口应呈对角线布置。二、螺杆空压机的类型二、螺杆空压机的类型(一)按润滑方法分(一)按润滑方法分 按润滑方法的不同,螺杆空压机可分为无油螺杆空压机和按润滑方法的不同,螺杆空压机可
5、分为无油螺杆空压机和喷油螺杆空压机。喷油螺杆空压机。无油螺杆空压机无油螺杆空压机又称为干式螺杆空压机,在这类机器的工又称为干式螺杆空压机,在这类机器的工作过程中,被压缩的气体介质不与润滑油接触,两者之间有着作过程中,被压缩的气体介质不与润滑油接触,两者之间有着可靠的密封。此外,阳转子通过同步齿轮带动阴转子高速旋转,可靠的密封。此外,阳转子通过同步齿轮带动阴转子高速旋转,同步齿轮在传递动力的同时,还确保了转子间的间隙。同步齿轮在传递动力的同时,还确保了转子间的间隙。在在喷油螺杆空压机喷油螺杆空压机中,大量润滑油被喷入压缩气体介质中,中,大量润滑油被喷入压缩气体介质中,起润滑、密封、冷却和降噪等作
6、用。喷油型螺杆空压机中不设起润滑、密封、冷却和降噪等作用。喷油型螺杆空压机中不设同步齿轮,其结构较为简单。同步齿轮,其结构较为简单。(二)按螺杆数量及现场需要分(二)按螺杆数量及现场需要分 按螺杆数量的不同,螺杆空压机可分为单螺杆空压按螺杆数量的不同,螺杆空压机可分为单螺杆空压机和双螺杆空压机。机和双螺杆空压机。按现场需要,螺杆空压机可分为固定式空压机和移按现场需要,螺杆空压机可分为固定式空压机和移动式空压机。其中,前者由电动机驱动;后者由柴油机动式空压机。其中,前者由电动机驱动;后者由柴油机驱动。驱动。第二节第二节 螺杆空压机的工作理论螺杆空压机的工作理论 一、螺杆空压机的理论工作过程一、螺
7、杆空压机的理论工作过程 理论工作过程是指在下述假定条件下完成的工作过程,理论工作过程是指在下述假定条件下完成的工作过程,即:即:(1)气体在流动过程中没有摩擦,吸、排气过程无)气体在流动过程中没有摩擦,吸、排气过程无压力损失;压力损失;(2)在整个工作过程中无热量交换;)在整个工作过程中无热量交换;(3)工作容积完全密封,无泄漏。)工作容积完全密封,无泄漏。(一)理想工作过程(一)理想工作过程 为了充分利用基元容积实现气体的压缩,为了充分利用基元容积实现气体的压缩,应在基元容积扩大时,与吸气孔口连通,开应在基元容积扩大时,与吸气孔口连通,开始吸气过程,并在基元容积达到其最大容积始吸气过程,并在
8、基元容积达到其最大容积时,结束吸气过程,线时,结束吸气过程,线41表示吸气过程;表示吸气过程;然后基元容积在封闭状态下减少容积,并在然后基元容积在封闭状态下减少容积,并在与排气孔口连通前,压力升高到排气压力,与排气孔口连通前,压力升高到排气压力,完成压缩过程,线完成压缩过程,线12表示压缩过程;最后,表示压缩过程;最后,随着基元容积的进一步减少,所有高压气体随着基元容积的进一步减少,所有高压气体逐渐从排气孔口排出,完成排气过程,线逐渐从排气孔口排出,完成排气过程,线23表示排气过程。表示排气过程。(二)内、外压力比不相等的工作过程(二)内、外压力比不相等的工作过程 空压机的基元容积与排气孔口即
9、将连通之前,基元容积空压机的基元容积与排气孔口即将连通之前,基元容积内的气体压力内的气体压力pi称为内压缩终了压力,内压缩终了压力与吸称为内压缩终了压力,内压缩终了压力与吸气压力的比值称为内压力比;排气管内的气体压力气压力的比值称为内压力比;排气管内的气体压力pp称为外称为外压力或背压力,外压力与吸气压力的比值称为外压力比。压力或背压力,外压力与吸气压力的比值称为外压力比。内压力比取决于螺杆空压机吸、排气孔口的位置和形状;内压力比取决于螺杆空压机吸、排气孔口的位置和形状;外压力比取决于运行工况或工艺流程中所要求的吸、排气压外压力比取决于运行工况或工艺流程中所要求的吸、排气压力。螺杆空压机的内、
10、外压力比可以不相等,即内压缩终了力。螺杆空压机的内、外压力比可以不相等,即内压缩终了压力与外压力可以不相等。压力与外压力可以不相等。在外压力大于内压缩终了压力的情况下,基元容积与在外压力大于内压缩终了压力的情况下,基元容积与排气孔口连通的瞬时,排气孔口中的气体将迅速倒流入基排气孔口连通的瞬时,排气孔口中的气体将迅速倒流入基元容积中,使基元容积中的压力从元容积中,使基元容积中的压力从pi上升至上升至pp;然后再随着;然后再随着基元容积的不断缩小,排出气体,如左图所示。基元容积的不断缩小,排出气体,如左图所示。在外压力低于内压缩终了压力的情况下,基元容积与在外压力低于内压缩终了压力的情况下,基元容
11、积与排气孔口连通的瞬时,基元容积中的气体会迅速流入排气排气孔口连通的瞬时,基元容积中的气体会迅速流入排气孔口中,使基元容积中的压力从孔口中,使基元容积中的压力从pi降至降至Pp;然后再随着基;然后再随着基元容积的继续缩小,将其余的气体排出,如右图所示。元容积的继续缩小,将其余的气体排出,如右图所示。二、螺杆空压机不同压缩过程二、螺杆空压机不同压缩过程 的理论工作循环的理论工作循环 空压机完成一个理论工作循环所消耗的功空压机完成一个理论工作循环所消耗的功W等于吸气功等于吸气功Wx、压缩功压缩功Wy和排气功和排气功Wp的总和。通常规定:转子对空气做功为的总和。通常规定:转子对空气做功为正值,空气对
12、转子做功为负值。根据此规定,压缩过程和排气正值,空气对转子做功为负值。根据此规定,压缩过程和排气过程的功为正,吸气过程的功为负。各功之值分别为:过程的功为正,吸气过程的功为负。各功之值分别为:1吸气功:吸气功:,相当于右图,相当于右图中线中线41下的面积下的面积41a0。2压缩功:压缩功:,相当于图相当于图12-3(b)中线)中线12下的面积下的面积12ba。11VpWx1221ddVVVVyVpVpW 3排气功:排气功:,相当于右图,相当于右图中线中线23下的面积下的面积230b。4理论循环总功:理论循环总功:相当于右图中吸气、压缩、排气三过程线相当于右图中吸气、压缩、排气三过程线所包围的面
13、积所包围的面积4123。22VpWp221112dVpVpVpWWWWVVpyx(一)等温压缩时的理论工作循环(一)等温压缩时的理论工作循环在等温压缩过程中,循环总功为:在等温压缩过程中,循环总功为:1211121121112211lg303.2lnlnd12ppVpppVpVVVpVpVpVpWVV即等温压缩时,空压机的循环总功等于等温压缩过程功。即等温压缩时,空压机的循环总功等于等温压缩过程功。根据热力学第一定律,等温压缩过程中,气体的内能根据热力学第一定律,等温压缩过程中,气体的内能U0,则对气体所作的压缩功相当于气体放出的热量。若空气,则对气体所作的压缩功相当于气体放出的热量。若空气被
14、压缩时放出的热量为被压缩时放出的热量为Q,则:,则:QW。压缩终了时,空气的温度为压缩终了时,空气的温度为 T2T1。(二)绝热压缩时的理论工作循环(二)绝热压缩时的理论工作循环 在绝热压缩过程中,循环总功为:在绝热压缩过程中,循环总功为:221122112211)(11d12VpVpVpkVpVpVpVpWVV11)(1112111122kkppVpkkVpVpkk 空气被压缩时,放出的热量为零,即空气被压缩时,放出的热量为零,即Q0。压缩终了。压缩终了时,空气的温度为时,空气的温度为 kkkkTppTT1111212(三)多变压缩时的理论工作循环(三)多变压缩时的理论工作循环 用多变指数用
15、多变指数n代替绝热循环总功中的代替绝热循环总功中的k,即得多变压缩过,即得多变压缩过程的循环总功:程的循环总功:1111211nnppVpnnW空气被压缩时,放出的热量为:空气被压缩时,放出的热量为:121TTnnkMCQV压缩终了时,空气的温度为:压缩终了时,空气的温度为:nnnnTppTT1111212(四)三种压缩过程的理论工作循环比较(四)三种压缩过程的理论工作循环比较 1循环总功的比较循环总功的比较 把相同进气温度和进气压力下的体积为把相同进气温度和进气压力下的体积为V1的空气,按不的空气,按不同的压缩过程压缩到相同终了压力同的压缩过程压缩到相同终了压力p2时的理论工作循环示功时的理
16、论工作循环示功图画在一起,如右图所示。图画在一起,如右图所示。12是等温压缩线,是等温压缩线,12是多变压缩是多变压缩线,线,12是绝热压缩线。由图示可知,是绝热压缩线。由图示可知,等温压缩时所消耗的循环总功最小(面等温压缩时所消耗的循环总功最小(面积积1234),绝热压缩时所消耗的循环总),绝热压缩时所消耗的循环总功最大(面积功最大(面积1234),多变压缩介于二),多变压缩介于二者之间(面积者之间(面积1234)。因此,等温压缩)。因此,等温压缩的循环总功最小。的循环总功最小。2压缩终了温度的比较压缩终了温度的比较 在空压机循环中,压缩过程所消耗的外功全部变成热量。在空压机循环中,压缩过程
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