过程流体机械教学课件2PPT文件格式下载.ppt

1、82664928 13088960387邮箱：邮箱：20132013春季春季过程流体机械过程流体机械 西安交通大学西安交通大学四、往复压缩机气阀和密封四、往复压缩机气阀和密封（4h）（4h）4.1 气阀组件（2h）气阀组成及工作过程（15min）气阀结构型式分类（5min）气阀特性参数及选择（2010min）气阀工作特性评估（25min）气阀结构和示例（15min）4.2 工作腔滑动密封（2h）密封的原理和方式（15min）活塞部位的密封（25min）活塞杆部位的密封（20min）密封元件的材料（10min）非金属填充密封材料特性（10min）非金属填充密封材料我国新成就（10min）过程流体

2、机械过程流体机械 西安交通大学西安交通大学4.1 4.1 气阀气阀组件组件-1-11、组成及工作过程 气阀的重要性 气阀是往复压缩机中最关键的部件，它对压缩机运行的可靠性与经济性有着决定性的影响 气阀是限制压缩机提高转速的主要障碍，而影响结构紧凑性 往复压缩机的生存发展有赖于气阀好坏，是压缩机薄弱环节 对气阀的要求 工作可靠并且具有一定耐久性 对气流产生的阻力损失比较小 良好密封性，关闭状态不漏气 形成的余隙容积要求尽可能小 噪声小（阀片撞击、气体爆破）过程流体机械过程流体机械 西安交通大学西安交通大学4.1 4.1 气阀气阀组件组件-2-2 气阀基本组成 阀座承载、形成气流通道 启闭元件控制

3、气体的进出 升程限制器限制阀片升程 弹簧关闭时推动阀片及时回落，开启时抑制阀片的撞击气阀结构及工作原理1-阀座2-阀片3-升限器4-弹簧过程流体机械过程流体机械 西安交通大学西安交通大学4.1 4.1 气阀气阀组件组件-3-3 气阀工作过程 弹簧力正常阀片及时开启和关闭 开启-反弹-贴紧-回落 时间截面-阀片运动规律曲线 阀片质量大会使开启过程慢，但对损失影响不大 最关心是阀片与升程限制器的撞击速度和敲击声 弹簧力过强产生阀片颤振 导致气阀时间截面减小，阻力损失增加 阀片反复撞击导致气阀和弹簧寿命缩短 产生超过正常工作时的撞击噪声 弹簧力过弱产生滞后关闭 因活塞已开始进入压缩行程，故使一部分吸

4、人的气体又从进气阀回窜出去，造成排气量减少 阀片将在弹簧力和窜出气流推力的共同作用下撞向阀座，造成更严重的敲击，致使阀片应力增加，阀片和阀座的磨损加剧，气阀提前损坏 强烈的敲击还会产生更大的噪声气阀工作过程过程流体机械过程流体机械 西安交通大学西安交通大学2、气阀特性参数及选择 流量系数 气体流经气阀的压力损失：流量系数气阀有效通流面积与几何通流面积之比 阀隙面积AV是气阀中流通面积最小的部位，是产生阻力损失的主要部位，通常取阀隙面积AV作为整个气阀的计算截面 若在阀座出口处倒0.30.5mm宽与轴成30角，流量系数会显著提高，但减少了密封面积，使与阀片接触面比压增加 直流阀阀片本身几乎不妨碍

5、气体流通，气流转折小，流量系数较环状和网状阀便高许多4.1 4.1 气阀气阀组件组件-4-4环状阀和网状阀流量系数 过程流体机械过程流体机械 西安交通大学西安交通大学 推力系数 作用到阀片上的气体推力，折合到阀片盖住阀座通道那部分单位面积上的力Fg/As，与气阀两侧压力差p之比，称为推力系数，用 表示 一般气阀的推力系数为 =0.850.95 推力系数也可根据稳定 气流吹风实验测得4.1 4.1 气阀气阀组件组件-5-5气流推力作用图过程流体机械过程流体机械 西安交通大学西安交通大学4.1 4.1 气阀气阀组件组件-6-6 阀隙平均马赫数与压力损失 阀隙处气体平均流速与当地音速a之比 气体流经

6、气阀的平均相对压力损失 气阀的瞬时马赫数和压力损失是变化的 这是认为气阀为瞬间启闭，工作过程全开 实际阀片启闭需要一定时间，因而实际损失约大于上图515%（在理论吸排气损失以外）相对压力损失与马赫数及曲轴转角的关系过程流体机械过程流体机械 西安交通大学西安交通大学4.1 4.1 气阀气阀组件组件-7-7 气阀平均马赫数的选取：就减小阻力损失而言，马赫数以小为宜，但这往往受到气阀安装尺寸与升程的限制 一般双原子气体可按表选取；对于制冷工质，推荐氟利昂0.250.40、氨0.150.25 其他非双原子气体，以相对压力损失相等为前提，可将表中马赫数乘以SQRT（1.4/k）对于经济性要求不高的机器，

7、马赫数可取至表中数值的2.5倍，目的是实现机器结构紧凑 通常进排气阀尺寸相同，即阀隙速度相等，故排气马赫数低于进气马赫数，有利减小排气压力损失进气气压力力（bar）155151550501501505005001000马赫数赫数0.220.20.180.160.142，2/30.7时，气阀寿命都较长；但不符合也不一定差阀片运动特征转角过程流体机械过程流体机械 西安交通大学西安交通大学4.1 4.1 气阀气阀组件组件-11-113、气阀工作特性评估 工作过程数学模拟 容积变化方程 阀片运动方程 气体流动方程过程流体机械过程流体机械 西安交通大学西安交通大学4.1 4.1 气阀气阀组件组件-12-

8、12 气阀弹簧 气阀弹簧是压缩机中关键的关键，决定着压缩机的可靠性及性能，虽然它是最小、最不值钱的零件 对弹簧刚性的要求是刚开启时弹簧力要小，以利开启，并减小关闭时阀片对阀座撞击；全开时要有一定值，以控制阀片对升程限制器撞击，并保证阀片及时关闭 所谓弹簧力气阀完全开启状态弹簧作用在阀片上的力 弹簧的自振频率要高，以避免共振，一般希望大于压缩机转速的310倍，提高的有效措施是减小弹簧中径Dm 常用弹簧有三大类：圆柱螺旋弹簧、圆锥弹簧、板弹簧不同刚性系数时相同升程量的弹簧力变化情况目前常用的气阀弹簧形式过程流体机械过程流体机械 西安交通大学西安交通大学4.1 4.1 气阀气阀组件组件-13-13直

9、流阀回流阀各种启闭元件a）环状b）网状c）条状d）槽状 e）碟状f）菌状g、h、i、j）舌簧阀4、气阀结构型式分类 按启闭元件形状分类：环状、网状 按气阀职能分类：进气阀、排气阀 按气流与启闭元件方向分：直流、回流进、排气阀区别（环状、网状）过程流体机械过程流体机械 西安交通大学西安交通大学4.1 4.1 气阀气阀组件组件-14-145、气阀结构和示例 环状阀（宽通道、窄通道）网状阀 碟阀和菌阀 条状阀 直流阀 舌簧阀环状阀结构示意图气垫阀过程流体机械过程流体机械 西安交通大学西安交通大学4.1 4.1 气阀气阀组件组件-15-15宽通道低压环状阀窄通道开式环状气阀过程流体机械过程流体机械 西

10、安交通大学西安交通大学4.1 4.1 气阀气阀组件组件-16-16CW与CW2型塑料阀片环状阀（贺尔碧格）塑料阀片环状阀（贺尔碧格）过程流体机械过程流体机械 西安交通大学西安交通大学4.1 4.1 气阀气阀组件组件-17-17非金属阀片的网状阀结构网状阀片结构过程流体机械过程流体机械 西安交通大学西安交通大学4.1 4.1 气阀气阀组件组件-18-18开式气阀闭式气阀碟状阀和菌状阀阀组结构高压闭式环状气垫阀过程流体机械过程流体机械 西安交通大学西安交通大学4.1 4.1 气阀气阀组件组件-19-19网状低压组合20MPa组合阀超高压组合阀结构过程流体机械过程流体机械 西安交通大学西安交通大学4

11、.1 4.1 气阀气阀组件组件-20-20簧片阀结构形状微型制冷压缩机舍簧组合阀圆形直流阀过程流体机械过程流体机械 西安交通大学西安交通大学4.1 4.1 气阀气阀组件组件-21-21小型高压吸气阀（25MPa）小型高压组合阀（25MPa）塔形环状阀过程流体机械过程流体机械 西安交通大学西安交通大学 第六次课要点回顾（10min）o描述气阀的基本组成及其作用？o阐述气阀弹簧过软或过硬导致的现象及危害？o阀隙马赫数反映了气阀的什么特性？其选取应注意什么？o简述气阀评价的戴维斯准则？o对气阀弹簧的要求主要是什么？过程流体机械过程流体机械 西安交通大学西安交通大学4.2 4.2 工作腔滑动密封工作腔

12、滑动密封-1-1o压缩机中需要密封的部位活塞与气缸环形间隙活塞杆与缸座孔环形间隙o压缩机中对密封装置要求良好的密封性耐久性能够接受的制造成本过程流体机械过程流体机械 西安交通大学西安交通大学1、密封的原理和方式 流体通过间隙的泄漏量 间隙值的影响特别大，成三次方关系 环形间隙不均匀甚至偏在一边时，泄 漏量要增大至22.5倍 泄漏量与压差、直径成正比，与长度成反比 泄漏量与流体粘性系数成反比：氢气（100时）1.0310-5 空气（100时）2.1910-5 压缩机油（100时）（12002400）10-5 常将高粘性润滑油注入间隙，依靠油的阻塞作用，借以减少气体的泄漏 回转压缩机甚至不这样做（

13、工作腔喷油）就无法正常工作，不向工作腔喷油会因运动件啮合间隙泄漏太大而效率非常低4.2 4.2 工作腔滑动密封工作腔滑动密封-2-2环形间隙泄漏示意图过程流体机械过程流体机械 西安交通大学西安交通大学4.2 4.2 工作腔滑动密封工作腔滑动密封-3-3 密封的基本方式阻塞、节流 阻塞密封 密封元件靠气体力压向气缸或活塞杆，理论上可做到完全无泄漏 密封元件以所密封的全部压力差压向气缸或活塞杆，故极易磨损 只适用于活塞平均速度低于2m/s的情况 现在已很少单独使用阻塞密封示意图（气缸与活塞间隙）阻塞密封示意图（活塞杆间隙）过程流体机械过程流体机械 西安交通大学西安交通大学4.2 4.2 工作腔滑动

14、密封工作腔滑动密封-4-4 节流密封 经过每个小室的泄漏量与其中压力、其前后压比同向变动 气体经各小室多级膨胀，减小每个小室前后压差降低泄漏 后面各小室的压力逐渐降低，容积流量增大，故压降增大 整个装置的气体泄漏量取决于最后一个小室流出量的多少 气体最大流速为音速，故存在最大泄漏量，满足临界压比迷宫密封原理图过程流体机械过程流体机械 西安交通大学西安交通大学4.2 4.2 工作腔滑动密封工作腔滑动密封-5-5迷宫结构形式与泄漏量关系 迷宫形状对泄漏影响较小，间隙值对泄漏量影响较明显 一定长度上，小室大而少比小室小而多的结构泄漏严重 迷宫密封泄漏量比较大，因而迷宫压缩机的热效率较低过程流体机械过

15、程流体机械 西安交通大学西安交通大学4.2 4.2 工作腔滑动密封工作腔滑动密封-6-62.活塞部位的密封活塞环密封示意图 活塞环密封 工作方式 节流为主（环的开口，反复节流），阻塞为辅（环与气缸的圆柱贴合面）靠外缘面工作，工作时环端面压紧于活塞环槽下端平面上 气缸和活塞环因圆柱度问题、环切口泄漏，故要使用多道环才能满足密封要求（反复节流）过程流体机械过程流体机械 西安交通大学西安交通大学4.2 4.2 工作腔滑动密封工作腔滑动密封-7-7 厄外斯实验 第一道环承担的压差最大，以后各环承担的压差逐渐减小，转速越高第一环承受的压差越大 第一道以后各环达到最大压力的角度迟后，存在“充满容积时间问题

16、”，转速越高滞后越明显 前三道活塞环承担了70以上的绝大部分压差，就密封而言三道环便可，后面的均为替补 转速越高，达到同样密封效果所需的环数量越少，当150rpm时为使泄漏量减少1/4，需将活塞环数由两道增至五道，而450rpm时，为了减少同样泄漏量，只需加至三道即可厄外斯实验 n=200rpm n=400rpm过程流体机械过程流体机械 西安交通大学西安交通大学4.2 4.2 工作腔滑动密封工作腔滑动密封-8-8 活塞环失效 第一道磨损后径向减薄，开口及泄漏增大至由第二道承担最大压差时，第一环便告失效 实际压缩机中环数选择主要根据维修周期决定，虽然仅从密封角度看只需要三道活塞环 应尽量提高环的耐磨性以减少道数，而不是增加数量改