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往复活塞式压缩机特性参数的确定 往复活塞式压缩机特性参数的确定 往复活塞式压缩机特性参数的确定 【关键词】往复活塞式压缩机 【摘要】往复活塞式压缩机特性参数的确定 往复活塞式压缩机是容积式压缩机的一种，它是利用活塞在气缸中对流体进行挤压，而使流体压力提高并排出的压缩机械。与其它类型压缩机相比，往复活塞式压缩机具有以下优点： 1）适用压力范围广，超高压、高压、中压、低压均可，而尤其以高压最为优越。2）热效率高，一般大、中型机组绝热效率可达0.7～0.85左右[1]。3）适应性较强，排气量范围较广，在小排气量下亦能保持 较高效率，而且排气量受排气压力波动的影响较小[2]。 但由于其结构复杂，易损件较多，故检修工作量大，且由于往复惯性力的限制，转速较低，基础也较笨重。因此，随着离心式压缩机应用技术的日趋成熟，部分领域内的往复压缩机亦由离心式压缩机所代替。但在炼油、化工工业等领域中，往复式压缩机以其独到的优势而仍占据着其不可替代的重要作用[3]。在往复式压缩机选型设计过程中，首先需要根据工艺条件初步估算压缩机的一些基本特性参数，用以作为向制造厂商询价用的基础资料。一般来说，由于工况条件及压缩介质的不同，各特性参数的确定方式及要求亦有所不同。以下将对几种基本的特性参数加以论述，并给出估算方法。 1 压缩机轴功率 压缩机轴功率是指驱动机传递给压缩机主轴的功率，它除了提供内部功率(指示功率)外，还要用来克服活塞与气缸，活塞杆与填料函，十字头与滑道，连杆与十字头销及曲柄销，主轴与轴承等磨擦副的机械磨擦损失。 1.1多变过程压缩功 的确定直接关系到气体压缩过程。压缩机的实际压缩过程是一个既有状态变化又有热功交换的过程，即多变过程，按热力学气体状态方程，多变过程方程如下； 式中m为多变指数，其值除了与压缩介质的性质有关系外，主要取决于气体与外界的热交换及气体流动过程中的能量损失。多变指数m不可能用解析法求得，对往复式压缩机一般是从实测气缸示功图上取得，或者通过验算压缩机的操作数据而得。这样的一些作法所得到的m值都只是在平 均意义上的近似值。按热力学定义，过程功(压缩功)为 综合（2）。在初态1到终态2上积分式（3）得： 故理想气体过程压缩功的计算式， 1.2实际气体压缩指示功率 1.2.1实际气体的压缩性系数 由于实际气体与理想气体的差异，原简单的理想气体状态方程已不能正确反映实际气体的状态描述，针对于实际气体的热力状态方程，主要有二大体系，即范德瓦尔方程和维里方程，但工程上最常用的还是以简单的系数来修正理想气体状态方程，而得到实际气体状态方程即： 即为压缩性系数，表征实际气体偏离理想气体的程度， 值可通过相关气体特性曲线中查得。 1.2.2实际气体的等熵过程 实际气体等熵过程中温度与压力的关系式为： 指数 反映实际气体压缩后压力与温度的关系，称为温度等熵指数。 受温度和压力的影响相对较小，故常取 来求得排气量和指示功率。 1.2.3实际气体指示功率 1、理论气体压缩循环 如果假设：(1)排气终了时气体全部被活塞排出气缸；(2)进、排气过程中气体状态与进排气管内相同；(3)气体压缩过的过程指数为一定值；(4)气缸无气体泄漏。则理论压缩循环示于压—容图见图1。 图1 理论压缩循环示于压—容图 进气过程中，气体对活塞所作的功为： 压缩过程中，活塞对气体作功为： 排气过程中，活塞对气体所作的功为： 整个理论压缩循环功为三者代数和 2、实际气体压缩循环 考虑实际气体压缩过程中的余隙气体的存在、气阀阻力、热交换及气体泄漏的影响，其压缩循环示于压一容图如图2所示。图3为图2等功简化图。 从图2、图3可见，实际气体的实际压缩循环功为： 图2 实际气体压缩循环指示图 图3等功简化指示图 近似取 ，带入上式得： 式中 、 取名义进出气状态下的压缩性系数，则指示功率为， 式中n为曲轴转速；一般情况下，特别是双原子气体， 可由 值代替， 可按以下取值：1）单原子气体： ；2）双原子气体： ；3）多原子气体： 。 综合式(1)、(8)和(9)式可得： 这样，根据工艺条件，按上式即可迅速初步得到压缩机的轴功率 。 2 压缩机的排气量 2.1排气量影响因素 由于实际压缩机存在气体泄漏，所以排气量一定少于进气量,单级压缩机的排气量被定义为压缩机排出的气体容积流量换算成压缩机进气状态下的气体容积流量，以 表示， 定义泄漏系数：