實(shí)際壓縮循環(huán)余隙容積存在

在理論壓縮循環(huán)中曾作了一系列的假設(shè)，而實(shí)際壓縮循環(huán)問題則復(fù)雜得多，因?yàn)檫@些假設(shè)因素都是客觀存在的，在分析實(shí)際壓縮循環(huán)時(shí)，就必須全面地加以考慮。為了了解壓縮機(jī)的實(shí)際壓縮循環(huán)，一般用示功儀來測(cè)量缸內(nèi)氣體體積和壓力變化的關(guān)系。實(shí)際工作的壓縮機(jī)，排氣過程終了時(shí)，壓縮腔內(nèi)被殘余氣體占有的容積為壓縮機(jī)的余隙容積，如圖1所示。余隙容積由以下部分組成:

(1)活塞位于止點(diǎn)時(shí)，活塞端面與缸蓋之間的容積V₀₁，即活塞端面間隙；

(2)在活塞端面與第一道活塞環(huán)間距L間，由氣缸鏡面與活窘外圓之間所包圍的環(huán)形空間V₀₂

(3)在氣閥至氣缸容積的通道間所形成的容積V₀₃

(4)氣閥內(nèi)部所形成的剩余容積V₀₄

即 V_m=V₀₁ V₀₂ V₀₃ V₀₄

實(shí)際壓縮循環(huán)是由吸氣，壓縮、排氣和膨脹等四個(gè)過程所組成。而實(shí)際壓縮過程所以比理論壓縮過程復(fù)雜，主要受下列諸因素的影響：

(1)由于氣缸余隙容積V₀的存在，使高壓氣體不能全部排出氣缸。在活塞改變行程后，出現(xiàn)了高壓氣體的膨脹線。

(2)壓縮機(jī)的吸氣和排氣是借助于氣缸和吸、排氣閥腔內(nèi)的壓力差Δp來完成的。在膨脹終點(diǎn)，由于氣缸和吸氣閥之間無壓差，吸氣閥不能開啟。待活塞繼續(xù)右移時(shí)，氣缸內(nèi)壓力p₀低于吸氣閥的名義吸氣壓力p₁，兩者之間壓差足以克服閥片彈簧力和閥片慣性力，吸氣閥開啟。在開啟之初，氣閥通流面積不夠大，活塞此刻正加速右移，氣缸內(nèi)的容積尚不能被進(jìn)入氣缸的氣體所填補(bǔ)，故氣閥全開，氣閥內(nèi)壓力不再下降，但由于氣閥的節(jié)流和阻力損失，吸入過程曲線始終低于名義吸入壓力線。排氣過程線與此相似，但由于除氣閥本身阻力外；還有到下一級(jí)的輸送管道的阻力損失。因此，實(shí)際排氣壓力比名義排氣壓力要高得多。

(3)從理論循環(huán)和實(shí)際循環(huán)P-V圖上可以看出，實(shí)際壓力大于名義壓力。這樣在排氣量相同條件下，實(shí)際循環(huán)耗功大于理論循環(huán)耗功，并使氣體實(shí)際排出溫度了，高于理論循環(huán)排氣溫度了。

(4)吸氣閥、活塞環(huán)和填料的泄漏，使實(shí)際指示圖較理論指示圖的壓縮曲線平坦些，膨脹曲線陡直些。排氣閥、活塞環(huán)的泄漏使相鄰高壓氣缸向低壓氣缸內(nèi)漏時(shí)，使實(shí)際指示圖較理論指示圖的壓縮曲線陡直些，膨脹曲線平坦些。

(5)實(shí)際過程中，由于氣缸受冷卻速度的限制和氣缸，活塞受金屬熱惰性的影響，在壓縮和膨脹過程中，多變指數(shù)m并非定值。

(6)由于受熱交換的影響，使吸氣溫度發(fā)生變化，因而也影響氣缸的吸氣能力。實(shí)際工作循環(huán)中，必須考慮吸、排氣過程中的壓力損失。

由于余隙容積的存在，對(duì)于實(shí)際壓縮循環(huán)，我們需要進(jìn)行調(diào)節(jié)：

(1)因裝配和調(diào)節(jié)的需要，必須留有余隙容積，否則會(huì)造成裝配和調(diào)節(jié)的困難；

(2)因零件的熱膨脹需要，必須留有活塞端面間隙，否則連桿、活塞桿的熱膨脹伸長會(huì)使活塞與氣缸蓋發(fā)生撞擊，而使機(jī)器損壞；

(3)氣體壓縮時(shí)，可能有部分水蒸汽凝結(jié)出來，所以必須留有余隙容積，否則活塞與氣缸蓋會(huì)產(chǎn)生。“水擊”現(xiàn)象而使機(jī)器損壞；

(4)壓縮機(jī)在吸入，排出氣體的過程中，因有余隙容積存在，使殘留在其中的氣體發(fā)生膨脹，對(duì)進(jìn)氣閥、排氣閥有緩沖作用；

(5)因有余隙容積，使殘留在其中的氣體發(fā)生膨脹，造成生產(chǎn)能力下降。因余隙容積存在，余隙內(nèi)的高壓氣體是排不出的，當(dāng)活塞離開缸蓋而返回運(yùn)動(dòng)時(shí)，這部分高壓氣體開始膨脹，直到壓力降至進(jìn)氣開始時(shí)的壓力，新鮮氣體才能吸入。可見，余隙的存在，使氣缸的實(shí)際吸入容積于氣缸的行程容積，減少了新鮮氣體的吸入量，降低了生產(chǎn)熊力。因此余隙容積對(duì)生產(chǎn)能力而言是一個(gè)有害容積，在保證運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡量減少?？傊嘞度莘e是裝配、調(diào)整、安全運(yùn)行必不可少的空間，但它過大，會(huì)影響壓縮機(jī)的吸入量，從而影響壓縮機(jī)的生產(chǎn)能力。

氣體通過進(jìn)氣閥及管路進(jìn)入氣缸時(shí)，一定要產(chǎn)生阻力損失。因此氣缸內(nèi)的壓力總是低予管路中的壓力，而進(jìn)氣閥開始升啟到全開又須克服較大的局部阻力，使壓力降得更低。同理，氣缸內(nèi)實(shí)際排出壓力總是高于排出管道的壓力，由于排氣閥的局部阻力，排出閥過段時(shí)間才全部開啟?？梢钥吹?，示功圖上吸入線和排出線呈波浪形，這是因?yàn)闅饬魉俣入S活塞運(yùn)動(dòng)速度有變化及閥片的慣性振動(dòng)，致使阻力損失不穩(wěn)定而產(chǎn)生的。

壓縮機(jī)在每一個(gè)壓縮循環(huán)中，因?yàn)闊峤粨Q情況不斷變化而使過程指數(shù)不能保持常數(shù)。如在壓縮機(jī)開始時(shí)，氣體溫度低于氣缸壁的溫度，氣缸壁向氣體傳熱，此時(shí)壓縮過程是m'>K的多方過程。隨著過程的進(jìn)行，氣體的溫度不斷提高，氣體與氣缸壁溫度差減小，到某一瞬時(shí)，溫差等于零，此時(shí)壓縮過程是絕熱過程。當(dāng)氣體溫度超過氣缸壁溫度，氣體向氣缸壁傳熱，此時(shí)壓縮過程為12100433B

理論壓縮循環(huán)theorcti}al compression cycle壓縮機(jī)在理想條件下活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)一次，氣體經(jīng)一系列狀態(tài)變化后又恢復(fù)到初始吸氣狀態(tài)的全部工作過程。由吸氣、壓縮和排氣三個(gè)過穢組成。它是把壓縮機(jī)實(shí)際工作情況作下列簡化和假設(shè)后而得到的:(1)氣缸沒有余隙容積，缸內(nèi)容積從零開始變化，被壓縮后的氣體全部排出氣缸;[2)氣體進(jìn)出氣缸時(shí)缸內(nèi)壓力保持不變，即氣體吸、排氣過程中不計(jì)壓力損失和壓力脈動(dòng);(3}吸、排氣時(shí)，缸內(nèi)溫度保持不變，壓縮過程中按不變的熱力指數(shù)進(jìn)行壓縮;(4)工作時(shí)缸內(nèi)氣體沒有泄漏損失。理論壓縮循環(huán)可作為衡量壓縮實(shí)際工作優(yōu)劣的重要標(biāo)準(zhǔn)。2100433B

對(duì)于循環(huán)壓縮機(jī)把出合成塔的未反應(yīng)的氣體送回甲醇合成塔。根據(jù)聯(lián)醇生產(chǎn)的特點(diǎn)，對(duì)循環(huán)機(jī)有以下的要求：因聯(lián)醇生產(chǎn)選擇在壓縮機(jī)五段出口，壓力為13×10⁶Pa，因此必須選擇適合這種壓力等級(jí)的循環(huán)壓縮機(jī)；聯(lián)醇銅基催化劑使用初期活性較高，合成反應(yīng)放熱量大，極需較大的循環(huán)量來維持塔內(nèi)反應(yīng)熱平衡，銅基催化劑又極易衰老，到催化劑使用后期，反應(yīng)熱難以維持全塔熱平衡，循環(huán)氣量減得很小，因此要求循環(huán)機(jī)有較大的打氣量和較大的調(diào)節(jié)幅度；銅基催化劑反應(yīng)活性高，但抗毒性能差，而可以造成催化劑中毒的物質(zhì)很多，其中潤滑油就是毒物之一，因此采用無潤滑油或在出口采取有效的去油措施，以保證循環(huán)氣的純凈；聯(lián)醇采用銅基催化劑活性高，反應(yīng)劇烈，溫度變化快，因此要求循環(huán)壓縮機(jī)調(diào)節(jié)氣量方便，穩(wěn)定，可靠等；要求設(shè)備選用體積小、占用孔較小，容易安裝，檢查方便的循環(huán)壓縮機(jī)；要求能量利用率高，結(jié)構(gòu)合理，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠等。