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煤矿机械2 0 4年第 6 期 文章编号 1 003 - 0 7 9 4 2 0 0 4 0 6 甲 0 0 4 1 - 0 3 容积系数对活塞式压缩机排气量的影响 孔令地。李般华 安徽理工大学，安徽 淮南 2 3 2 007 摘要论述了容积系数的影响因素余flf 容积、 压力比、 膨胀指数的大小变化时活塞式压缩机 排气量的具体影响情况。认为余隙间隙对活塞式压缩机排气蚤的影响最大， 并介绍了余陈间隙的 刚贵及调整方法。 关键词压缩机;容积系数;排气黄;影响 中图号T H 4 5 7文献标识码A 1 前言 活塞式压缩机仍是 目前煤矿生产的主要压气设 备之一， 而所有压缩机使用者， 都要求压缩机在较高 的排气压力下能有较大的排气量， 或是在较大排气 量下能有较高的排气压力， 其中排气量也就是生产 能力。本文就容积系数对活塞式压缩机排气量的具 体影响情况加以阐述。 2 压缩机容积系数与排气f的关系 单级压缩机单位时间内的实际排气量 折算到 最初吸人状态 1 a 2 a , a ， 一1 田 。 整理得 1 a , a , a ， 一1 Mp 一a , M.a l a ， 一1 1 a , 口1 口皇- M , M2 一 口] 口2 1 a x M o a , Mo 庄1 口2一 循环功率为 结 语 1 a , 口1 住卫一 N . . 工CIJ工 二二 口甲jZ 田田田 了leseseseseses夕1 w M 1 a , a 口1 a,一 a l a Mo 即 N 。 为正， 向节点a 输人功率， N ， 为负， 自 节点处输出 功率， 如图3 的a 所示。 3 循环功率流的判断 在假设系统传动效率为 1 时， 有输出功率 N m 等于 输人功率 N n , 即 N . . , M , 。再取输出节点 A为分析对象， 如图 4 所示 f 对行星轮系分析时， 必须计算各构件的回转 角速度、 各构件扭矩， 而节点分析法正是利用了各构 件上的扭矩和角速度对该构件的功率流加以确定。 因此， 具有不增加分析计算工作量， 且具有直观明 了、 易于理解、 不易出错等特点。 2 当应用三角形法对功率流进行分析时， 必须 进行构件速度三角形分析， 以及构件的受力分析， 然 后再利用构件的扭矩、 角速度、 确定功率流向、 分析 计算过程过于复杂、 不易理解。 因此， 利用节点分析法是分析计算功率流和循 环功率的一种行之有效的方法。 .考文献 【 列张光裕. 工程机械底盘构造 与设计「 M] . 北京 机械工业出版社， 1 9 8 6 [ 2 1 Z文农 底盘设计[ M l北京 机械工业出版社 1 9 8 7 - a-0﹂ -一一一-一 口解碑 NNN 一‘.lit 邝U 日﹄ 圈4 输出节点 F i g . 4 T h e o u t p u t n o d e 作者简介吕海涛 1 9 6 3 一〕 ， 河北涉县人， 副教授. 北京大学计 算数学专业毕业， 现主要从事数值计算及数学理论应用力面的研究， 发 表相 关沦 文2 0 余 篇. E - m a il k o n g js m a il . c h i n a . c o m - 有 输人功率 应等 于 输出 功率， 即 N , 况 ， N . , 收稿 日期 2 0 0 3 - 1 1 - 1 1 T h e p o w e r a n a l y z e d w a y o f t h e p l a n e t g e a r b o x L V H i - t a o , K O N G f a n g - s h e n g , WA N G ti t a n H e b u e i E n g i n e e r . A b s t r a c t T h i s a rt i c l e u t i l i z e s t h e c o m p o n , g I n a tim te , W a te r E l e c tr ic i ty D i s tri c t , H a n d a n 0 5 6 0 2 1 , C h i n a e n ts t o r s i o n a n d s p e e d b e f o r e , d e v e lo p e d a n o d e w a y t o s o l v e t h e p o w e r fl o w i n g d i r e c t i o n . C o m p a r e d w i t h t h e t r i a n g l e m e t h o d , t h e n e w w a y h a s t h e t r a i t s o f v i s u a l i z e d , i n t u it i o n is t i c , e a s y u n d e rs t a n d i n g , a n d s w if t a n d n i c e t y t o d e t e r m i n e t h e p o w e r c u r r e n t s a n d i t s d i r e c t i o n o f t h e p l a n e t g e a r b o x . K e y w o r d s s p e e d b o x ; n o d e ; i n p u t p o w e r ; o u t p u t p o w e r 万方数据 容积系数对活塞式压缩机排气量的影响孔令地， 等2 0 0 4 年第 6 期 v , z 产 P A ,A L V , n 1 式中V , 每转的气缸行程容积， 时; n 转速， f / m i n ; A v , ;L a , A T 、 A L 容 积系 数、 压 力系 数、 温 度系 数、 泄 漏系数。 当压缩机已定时、 式 I 众多参数中， 只有容积 系数又 ; 具有较大的可调节范围， 要想提高排气量， 在考虑提高参数时， 提高容积系数显然是最有效的。 3 容积系数的影响因素 下面从容积系数的表达式来进行分析。 容积系数 A y 1 一 。 E “ 一 1 2 V. _ _._ . 、 _ 式 甲a二矛 相 盯余 陈答 积 ; F卜 。 二 P L 压 缩 机 排 气 压 力 与 吸 气 压 力 之比 ; P1 m 多方膨胀指数。 即容积系数A ， 的大小取决于。 、 。 及二 ， 而这3 个参数又各有自己的变化范围。这主要是受液击现 象、 气缸结构、 工况需要、 过程不同等因素的影响。 其中 a 二 0 . 0 5 一 0 . 2 5 , 。 二1 . 0 2 一 7 . 0 、 二1 . 1 一1 . 5 0 3 . 1 相对余陈容积 当气缸行程容积 V n 一定时， 余隙容积 Y o 值越 大， 相对余隙容积a 也越大， 又 ， 就越小， 即降低了排 气量。所以， V p 的 存在实际上降低了气缸工作容积 的利用率， 故应严加控制。 气缸的余隙容积可用图1 所示的结构来说明， 它由以下几部分组成 1 活塞位于止点时， 活塞端表面与缸盖之间的 容积 V . , ; 2 在活塞端面与第I 道活塞环间距 L间， 由气 缸镜面与活塞外圆之间所包围的环形空间 珠; 3 在气阀至气缸容积的通道间所形成的V . I 其值取决于气阀在气缸上的配置方式; 4 气阀内 部所形成的剩余容积 V . 其值取决 于气阀结构。这样， 气缸的 余隙容积 V o V . , V .十V 0 , 十V a 对于实际工作中的压缩机， V . , V . , V . 基本上 是不变的， 所以， 余隙容积的变化主要与 V . ， 有关。 圈， 气缸余麟容积组成部分示意图 F i g . 1 T h e s c h e m a d c d 吨r a w成c o m p o n e n t [ o r c y l Me r c l e a r a n c e v o l u me 余隙间隙的测量采用压铅丝的方法， 即用直径 4 m m以上的软铅丝， 由气阀处插人活塞与气缸盖之 间的间隙， 手动盘车使压缩机曲轴转动一周以上， 取 出铅丝. 用游标卡尺测量压痕的厚度， 此值即为压缩 机的余隙间隙。当测量的间隙不在范围内时， 可采 用改变气缸垫片的厚度或增减垫片个数的方法进行 调整。 如某压缩机的多方膨胀指数 m二1 . 2 5 ， 名义压 力比 。二 4 ， 相对余隙容积 a分别取 7 4 0 , 1 4 及 2 1 ， 按式 2 计算， 则 A V , 二 0 . 8 5 81 、 二 0 . 7 1 6 , A 、 二 0 . 5 7 4 由 计算结果可见， 由于a 值的增加， 2 , 数值减 小， 使气缸行程容积 V 、 的利用率从 8 5 . 8 减至 5 7 . 4 ， 即减少了排气量。 3 . 2 压力比 对于同一气缸而言， 压力比 。越大. 容积系数 a y 就越小。当。 增至某一定值时， x ， 会等于零。 此 时压缩后的高压气体将全部存留在余隙容积内。当 活塞回行时， 这些气体将重新膨胀， 使下一循环根本 无法吸气。这时的压力比已达最大极限值如图2 中 1 - 2 ““ 压缩线所示。最大极限压力比可从下式求得 令; v l 一 。 。 告 一 t 二 0 则。 _ 生 ， 1 , V o。 二 ‘ 晋 D ; 值过大不仅使A v 减小， 降低了排气量， 还可 能使排气温度过高， 一般一个级的压力比不超过4 0 n卜 脱 叮写 式中S 余隙间隙; D , 气缸内径。 即 V o 的大小与S直接有关。因此余隙间隙对 压缩机的排气量影响很大， 余隙间隙太大， 压缩机的 排气量就会大大减少， 从而影响了压缩机的工作效 率。但余隙间隙过小. 活塞和气缸盖可能会发生碰 撞而破坏。所以， 对余隙间隙必须测量与调整， 一般 控制在 1 一 2 . 5 m m之间。 v .}V ,】下 F i g . 2 圈2 压力比对容城系数a y 影晌 E 口 e c t 过p r e s s u r e nti o. ， d t me t r i c c o e mC l e a t 石 万方数据 Y 1 4年第 6期煤械 文童编号 1 0 03 - 0 1 9 4 2 0 0 4 06- 0 0 4 3 - 0 3 基于A N S Y S 的渐开线直齿圆柱齿轮有限元分析 叶友东 〔 安徽理工大学，安徽 淮南 2 3 2 0 0 1 摘要通过A u t o C A D三维绘图功能建造直齿国柱齿轮实休模型，采用有限元进行应力分 析， 计算出齿轮的录大应力和最大应变。结果表明 通过A N S Y S 软件分析的结果与真实情况很接 近， 据此可以看出齿轮的失效形式。 也可方便地进行齿轮齿根育曲疲劳0度以及齿面接触夜劳强 度校核。 有利于片齿轮传动过程中力学特性进行深入研究。 为齿轮传动的优化设计提供 了 基础理 论 关键词直齿圈柱齿轮;应力分析; A N S Y S ;失 t 中圈号T 1 1 1 3 2 . 4 1 7 ; 0 2 4 2 . 4 1文献标识码 1 引言出的结果与真实情况是有区别的， 经典的齿轮强度 齿轮失效的形式有很多种， 常见的有轮齿的折校核理论有着一定的局限性， 用有限元法则没有限 断、 工作齿面磨损、 点蚀、 胶合以及塑性变形等。齿制。况且， 解析法建立的数学模型必须简化处理， 解 轮在啮合过程中， 其受力是沿接触变化的， 经典的齿析解误差太大， 而数值解可以克服这些矛盾， 并且能 轮设计理论是近似把力看成作用在分度圆_ 匕且作算出轮齿上各处应力及应变的变化情况。目前， 工 用于一 点上， 事实上， 轮齿在传动过程中承受的是分程技术领域内的数值模拟方法， 主要是有限元法。 布线载荷。如果用静力等效的集中载荷代替， 计算本文采用A N S Y S 有限元分析软件， 对建模好的渐开 . 跪.确 . ，洲 .枷 .例旧闭 以口 . 闷 . ， 门目 叭 .臼 峨 旧成月.粗 叭 . 劝祖 州 砚 旧‘ . 月.勺比 口而 .洲门.旧洲 .. . . 晚 . 洲 ... . 臼. 白 曰. 侧 恤..‘ 留 . 月 呢 润 习.州 旧， 从 心胡 .虎 .舟 .‘. 绷 . 口 .井 匀 自. . . 娇 . ，钾 旧 映 奋 旧触 . 呀 . 以， 必 ， 3 . 3 多方移胀指数 在其他条件相同的条件下， 膨胀指数 二增大， 则 容积系 数孟 ， 略 有 增大， 如图3 所示。 膨胀 指 数m增大 时， 膨胀过程曲线变陡， 膨胀所占据的容积减小， 亦即 吸进的气量增多。在膨胀过程中， 如果气缸壁传给气 体的热量越小， 。值就越大。 所以， 气缸盖冷却良 好的 压缩机能提高容积系数x 、 从而提高排气量。 4 结语 综上 所述， 容积系数是对压缩机排气量影响最 大的 参数， 减小余隙容积 V o ， 特别是减小余隙问隙 S , 选取较小的压力比。 和较大的多方膨胀指数m, 能获得较大的容积系数， 充分发挥机器的潜能， 增加 排气量， 提高产出率。反之， 会减少排气量， 降低压 缩机的工作效率。 参考文献 1 1 姜培正. 过程流休机械[ M j . 北京 化学工业出版社 2 0 0 1 . 2 ] 王永康. 化工机器[ M l . 北京 化学工业出版社. 1 9 9 3 - [ 3 1 毕明树. 工程热力学[ M l . 北京 化学工业出版社, 2 0 0 1 . [ 4 1 蔺卫星 工程流体力学[ M l北京 化学工亚出版社. 2 0 0 1 . 【 划黄柏祥 余晾间晾对活塞压编机排气最的形响[ J 1压缩机技术， t o o t . t 5 } “ 一 4 5 圈3 脚胀指傲 .对容权系 教又 ， 形晌 F i g . 3 E ff e c t o f c o e ffi c i e n t o f e x p a n s i o n m仙 v o l u m e t r i c 作者简介孔令地 1 9 6 3 一安徽淮南人， 讲师， 现在安橄理下 大学攻读硕士学位， 主要从事流体机械方面的教学与研究工作 曾发 表论文数篇 T e 1 0 5 5 4 一 6 3 1 4 0 3 0 . E - m a il , - 1 1 . . . Q . v . , . n 3 , 月 服 〔 倪md ，生 孟 ; I n f l u e n c e o f v o l u me t r i c c o e f fi c i e n t o n t h e t h e p i s t o n c o mp r e s s o r KON G L t o g - 出.U Y i - h u a 收稿 日期 2 0 0 4 - 0 3 - 0 3 v e n t i l a t i o n o f A n h o i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o t o g y , N u u i n a n 2 3 2 0 0 7 , C h i n e A b s t r w 且 二 T h e p a p e r d i s c u s s e s t h e v a ri a b i l i t y o f t h e i n fl u e n c e f a c t o r s o f v o l u m e t r i c c o e ff i c i e n t - c l e a r a n c e v o l u m e , p r e s s u r e r a - t i o , c o e f i c ie n t o f e x p a n s i o n , w h i c h h a s a s p e c i fi c e ff e c t u p o n t h e v e n t i l a t i o n o f t h e p i s t o n c o m p r e s s o r . I b i s a rt i c l e b e l i e v e s t h a t c l e a r a n c e s p a c e h a s th e m o s t i m p o rt a n t e f f e c t u p o n t h e v e n t i l a t i o n o f t h e p i s t o n c o m p r e s s o r , a n d i n t ro d u c e s t h e m e t h o d o f me a s u r i n e a n d a d i u s t i n e t h e c l e a r a n c e s p a c e . K e y w o r d s t h e p is t o n c o m p r e s s o r ; v o l u m e t r i c c o e ffic i e n t ; v e n t i l a t i o n ; i n f l u e n c e f a c t o r s 万方数据