(1)膨胀阶段 当活塞运动造成工作室容积的增加时,残留在工作室内的高压气体将膨胀,但吸人口活门还不会打开,只有当工作室内的压力降低至等于或略小于吸入管路的压力时,活门才会打开。
(2)吸气阶段 吸入口活门在压力的作用下打开,活塞继续运行,工作室容积继续增大,气体不断被吸人。
(3)压缩阶段 活塞反向运行,工作室容积减少。工作室内压力增加,但排出口活门仍不打开,气体被压缩。
(4)排气阶段 当工作室内的压力等于或略大于排出管的压力时,排出口活门打开,气体被排出。
显然,同离心泵相比,因为存在膨胀与压缩这两个过程,吸气量减少了,缸的利用率下降了。另外,由于气体本身没有润滑作用,因此必须使用润滑油以保持良好润滑,为了及时除去压缩过程产生的热量,缸外必须设冷水夹套,活门要灵活,紧凑和严密。
(二) 多级压缩
气体在压缩过程中,排出气体的温度总是高于吸人气体的温度,上升幅度取决于过程性质及压缩比,如果压缩比过大,则能造成出口温度很高,有可能使润滑油变稀或着火。且造成增加功耗等。因此,当压缩比大于8时,常采用多级压缩,以提高容积系数、降低压缩机功耗及避免出口温度过高。所谓多级压缩是指气体连续并依次经过若干个气缸压缩,达到需要的压缩比的压缩过程。每经过一次压缩,称为一级,级间设置冷却器及油水分离器。理论证明,当每级压缩比相同时,多级压缩所消耗的功最少。
(三) 安全运行分析
(1)排气量是指在单位时间内,压缩机排出气体体积,以入口状态计算,也称压缩机的生产能力,用Q表示,单位m3/s。与往复泵相似,其理论排气量只与气缸的结构尺寸、活塞的往复频率及每一个工作周期的吸气次数有关。但由于余隙内气体的存在,摩擦阻力、温度升高、泄漏等因素,使其实际排气量要小,往复式压缩机的流量也是脉冲式的,不均匀的,为了发送流量的不均匀性,压缩机出口均安装油水分离器。即能起缓冲作用,又能除油沫水沫等,同时吸入口处需安装过滤器,以免吸人杂物。
(2)开车前应检查仪表、阀门、电气开关,联锁装置,保安系统是否齐全、灵敏、准确、可靠。
(3)启动润滑油泵和冷却水泵,控制在规定的压力与流量。
(4)盘车检查,确保转动构件正常运转。
(5)充氮置换,当被压缩气体易燃易爆时,必须用氮气置换气缸及系统内的介质,以防开车时发生爆炸。
(6)在统一指挥下,按开车步骤启动主机和开关阀门。
(7)调节排气压力时,要同时逐渐调节进、出气阀门,防止抽空和憋压现象。
(8)经常“看、听、摸、闻”检查连接、润滑、压力、温度等情况,发现隐患及时处理。
(9)在下列情况出现时紧急停车:断水、断电和断润滑油时;填料函及轴承温度过高并冒烟时,电动机声音异常,有烧焦味或冒火星时;机身强烈振动而减振无效时;缸体、阀门及管路严重漏气时;有关岗位发生重大事故或调度命令停车时。
(10)停车时,要按操作规程熟练操作,不得误操作。
七 泵及压缩机的安全控制系统
(1)离心泵 在工业生产过程中,离心泵是使用最广泛的流体输送设备之一。它主要由叶轮和机壳构成,叶轮在原动机带动下作高速旋转运动。出口处流体的压头来自于旋转叶轮作用于液体而产生的离心力,转速越高,离心力越大,压头也就越高。叶轮与机壳之间有空隙,关死泵的出口阀,流量为零,压头最高,此时泵所做的功,全部转化为热能而散发,同时也使泵内液体温度升高。所以,离心泵不宜长时间关闭出口阀。随着排量逐渐增大,泵所能提供的压头慢慢下降。泵的压头H、排量Q和转速"之间的函数关系称为泵的特性,如图6—11所示。
若以经验公式表示则
因为泵总是与一定的管路连接在一起工作的,它的排出量与压头的关系既与泵的特性有关,也与管道特性有关。所以在讨论离心泵的工作状态时,必须同时考虑泵和管道特性。管路特性就是管路系统中的流体流量与管路系统阻力之间的关系。管路系统的阻力包括(参照图6—12)以下几部分。
①管路两端的静压差引起的压头hpohp=(p2一p1)/ρg,式中户:,p1分别是管路系统出口和入口处的压力,卢为流体的密度,g为重力加速度。
②管路两端的静液柱高度人hl,这项是恒定的。
③管路中的摩擦损失压头九fo、Af与流量的平方近似成比例关系。
④控制阀两端节流损失压头hvo在阀门开度一定时,hv,也与流量的平方成比例,但当阀门的开度变化时,hv,也随着改变。设H1。为管路总阻力,则
上式即为管路特性的表达式,它的关系曲线示于图6—12中。
当整个离心泵系统达到稳定状态时,泵的压头H必然等于系统总阻力HL,这是建立平衡的条件。图6—12中C点是泵的特性曲线与管路特性曲线的交点,它是泵的一个平衡工作点。
工作点C的流量应满足一定的工艺要求,可以用改变hv,或其他手段来满足这一要求。通常有下列控制方案。
1)直接节流法 即直接改变节流阀的开度,从而改变hv,造成管路特性变化,以达到控制目的。图6—12表示这种控制方案和泵系统工作点的移动情况。
如图6—13所示,控制阀应装在泵的出口管线上,而不应装在泵的吸入口处。若阀装在泵的吸入管道上,由于hv,的存在,使泵的入口压力比无阀时要低,从而可能使流体部分汽化,造成泵的出口压力降低,排量下降,甚至使排量等于零这种现象叫做“气缚”;或者所夹带的部分汽化产生的气体到排出端后,因受到压缩会重新凝聚成液体,对泵内机件产生冲击,情况严重时会损坏叶轮和机壳,这种现象叫做“气蚀”。
控制阀一般宜装在检测元件(如孔板)的下游,这样将对保证测量精度有好处。此外,还需指出,控制阀两端的压差hv,随阀开度的变化而变化。开度增大,流量增加,但hv,反而减小。
上述控制方案的优点是简便易行。但在流量小的情况下,总的机械效率较低。一般不宜用在流量低于正常排量30%的场合。
2)改变泵的转速n 改变泵的转速同样可以起到控制流量的目的。这种控制方案以及泵的特性随转速n变化的情况示于图6—14。在控制方案中需要调节原动机的转速,例如采用调速电机,调节蒸汽透平的导向叶片的角度等。
采用这种控制方式,管路上无需装控制阀。所以,HL中的九,这一项等于零,减少了阻力损耗,泵的机械效率得以提高。然而,不论是采用调速电机还是蒸汽透平,实施调速的设备费用都比较高,故这种控制方式大多被应用在大功率、重要的泵装置上。