3.2.2 影响实际循环的主要因素（压力损失、气流脉动）在线视频

今天我们来讲述压缩机实际循环过程中

压力损失和气流脉动的影响

这两种损失都跟气阀的工作有关系

因此本节也对气阀的基本工作原理做一个介绍

首先我们来看一下压力损失

气体进入和排出气缸的前后

要经过过滤器

冷却器气阀等一系列的阻力元件

从进气腔经过进气阀流到气缸中

会产生流经流线的沿程阻力损失

以及经过气阀等节流元件

由于流通面积变化产生的局部阻力损失

这其中流经气阀的局部阻力损失是主要的

阻力损失的大小和气阀的工作也有直接的关系

气阀的工作性能的好坏

也可以直接从指示图上反映出来

为了了解气阀对压缩机工作的影响

我们先学习一下气阀的基本结构

右边这张图是一张气阀的拆解图

把各个部件组合到一起

然后再局部的剖视以后

就是左下角这个图

可以看到气阀是由1阀座

2启闭元件就是阀片

就是这个阀片

3升程限制器

4弹簧组成的

那么弹簧它是直接压在气阀的阀片上

使气阀贴紧阀座

气流通道保持关闭状态

气阀的一侧是进气腔的气体压力在上面

另一侧是气缸内的气体压力 在下面

当气阀两侧的压差足够大的时候

那么气体就克服了弹簧的弹力

顶开阀片

气流就从压开的缝隙中

压开这个进入下面的通道

进入两旁的气流通道

进入到气缸里面去

这个就是一个气阀的简化后的原理图

我们结合PV图一起

看看气阀的运动以及气缸中压力的变化

上面这张图是压力随曲轴转角的变化曲线

下面这张图是阀片位移随曲轴转角的变化曲线

当排气结束的时候

进排气阀都处于关闭状态

从这儿开始

那么余隙容积的气体开始膨胀

气体压力降低

当气缸内的气体压力比进气腔中的名义压力

这是气腔的名义压力

当这个压力比进气腔的名义压力还要低的时候

低到一定的值的时候

那么阀片在气流顶推力的作用下打开

进气过程开始

因为此时气阀是刚刚打开的

气体的流通面积比较小

阻力损失比较大

气缸内的气体压力会继续的下降

下降到某一点的位置的时候

气阀是完全打开以后

在这个地方气阀开始打开以后

到这个地方完全打开

然后贴紧在升程限制器上

贴紧以后一般来说气阀有个轻微的反弹

然后就贴在这个升程限制器上

同学们请注意

PV图上进气过程 像阻力损失

它不是一个定值

这是气缸中气体的压力

这是名义进气压力

它俩之间的差值就是进气阻力损失

进气阻力损失

是气流速度的函数

活塞压缩机中

进气的气流速度是随着活塞的速度变化的

活塞速度是先增大后减小

所以我们看阻力损失

也是呈现先增大后减小的这样一个趋势

这点请大家注意

到了某一转角位置

随着活塞的速度降低

气流速度降低

流动阻力损失减小

那么气缸内的实际的进气压力

和进气阀腔中的名义的进气压力的压差减小

作用在气阀上的力就不足以克服

弹簧力阀片就会逐渐向阀座方向有个回落

当活塞到达内止点的位置的时候

这个位置的时候

那么阀片刚好回到阀座的位置

进气过程结束

排气过程也是类似的过程

这个地方就不再赘述了

实际上刚才所讲述的气阀的运动规律

是典型的运动规律良好的气阀的情况

当气阀设计不当的时候会产生阀片的颤振

或者是延迟关闭的现象

首先我们来看一下最下面这幅图

这是一个理想的气阀的运动规律

阀片在压差的作用下

克服了弹簧力打开

然后很快贴合在升程限制器上

并保持随后开始回落

到达这个TDC的位置的话

刚好回到阀座上

TDC是什么呢

TDC是Top Dead Center

这里就指的是内止点的位置

这是一个运动规律良好的阀片

如果阀片设计的时候选择的弹簧过软

也就是弹簧力偏小

那么阀片在气流的压差作用下会更快的打开

很快的就会打开

然后碰撞到升程限制器以后

产生一次反弹以后

贴合在升程限制器上

因为弹簧力比较小

阀片开始回落阀座的时间比较晚

当阀片回到阀座的时候

它已经超过了活塞的内止点位置

这是内止点位置

这是最后的回落位置

它已经延迟关闭了

也就是说当活塞到达内止点位置的时候

进气阀还没有关闭

这样随着活塞继续向外止点方向移动的时候

就会有一部分气体

通过进气阀又流出气缸外面

很快阀片在气体压差和弹簧力的作用下回落阀座

从PV图来看

进气过程走到内止点a的位置的时候

由于进气阀还没有关闭

但是我们随着曲轴的继续回转

容积又开始变小了

那么又会有一部分的气流会返回到进气管中

直到气阀关闭以后才开始压缩过程

就是虚线所示

那么如果排气阀发生延迟关闭

那么活塞到达外止点位置的时候

排气阀没有关闭

随着曲轴的回转

基元容积扩大

排气管中的气体又回流到气缸中

那么使得膨胀以后的气体

它就会占据更大的容积

进来的气量减小

这是气阀设计弹簧力偏软的情况

如果阀片设计的时候选择的弹簧力过硬

也就是弹簧力过强

那么阀片开启需要的气流压力就非常大

气阀不能够及时的开启

开启角度比较靠后

而且气阀开启以后

由于气体的顶推力不够

它就会在阀座和升程限制器之间来回的颤振

颤振现象会导致气阀的流动阻力大大的增加

还可能使得气阀提前关闭

由于阀片的开启过程比正常的时候晚

关闭又比较早

而且这个在中间会有颤振

那么气阀的时间截面就比较小

流动阻力损失比较大

特别是颤振还容易造成气阀和阀片的早期的损坏

使气阀的工作寿命会降低

这是两种设计不好的气阀

一个是气阀的弹簧偏硬

一个是气阀的弹簧偏软

正常的工作良好的气阀

是这样一条理想的工作过程曲线

前面我们讲述了影响实际循环的因素之一是压力损失

那么气流脉动也是影响实际求循环的因素之一

压缩机中为什么会有气流脉动呢

这是由于周期性的进排气过程造成的

压缩机的气缸通过进排气阀与进排气管路

它是时通时断的

这样就造成了进排气管路中有周期性的气流脉动

我们看一下PV图

图中的虚线

就是进排气阀腔中的气流的压力脉动的情况

当气阀开启的时候

那么管路和阀腔连通

那么阀腔中的气流脉动就会传到气缸中

造成气缸中气体的压力

它也是一个波动的

气流脉动对压缩机产生什么样的影响呢

我们分别从气量

和压缩机可靠性的影响两个方面来分析

气流脉动呢会影响气缸中气流的压力变化

当进气结束的时候

如果进气结束点刚好是波峰到达气缸

那么这时候气缸内的压力就会升高

甚至有可能终极点的压力

会高于名义的进气压力到这个位置

这样就会使得更多的气量进入到气缸中

使得压缩机的进气量会增大

反之如果进气结束的时候

刚好是波谷到达这个位置

那么我们就会使得实际的进气压力减小

进气压力减小

那么进来的气量就会减小

我们在实际设计中

是否要利用增大气流脉动

使得进气结束时

波峰到达气缸的方式

增加压缩机的进气量呢

这个是不会的

因为一方面气流脉动它本身是一个耗功的过程

另外更主要的 大的气流脉动

会造成气阀工作的恶化

以及管道的振动

使得压缩机的可靠性降低

所以我们一般要尽量避免气流脉动

特别是要避免在管路中引起气柱的共振

如果进排气的频率

与气体管路的自振频率相等或接近

则会引起大的气流脉动和管道振动

这是一定要避免的

好我们今天的课就到这里

下节课我们接着讲述

影响压缩机实际循环的其他因素