1.序言
【壓縮機(jī)網(wǎng)】壓縮機(jī)的熱力計(jì)算非常重要，然而卻很少看到有人愿意系統(tǒng)地公開(kāi)發(fā)表他們的理論計(jì)算。到目前為止筆者從事壓縮機(jī)研究已近三十年整，就自身所了解到的壓縮機(jī)計(jì)算方面的情況來(lái)講：上世紀(jì)八十年代本單位存檔有紙質(zhì)版手工謄寫(xiě)的某種機(jī)型的熱力計(jì)算書(shū)；到了2000年后，由于計(jì)算機(jī)的普及，一些人開(kāi)始利用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言諸如EXCEL程序編輯計(jì)算出某種壓縮機(jī)的熱力計(jì)算，這當(dāng)時(shí)對(duì)筆者的思維觸發(fā)很大。可是他們所編輯的表格程序或多或少都有些問(wèn)題，又猶抱琵琶半遮面似的不愿意公開(kāi)討論這個(gè)問(wèn)題。他們所做工作或許是沒(méi)有研究深透壓縮機(jī)的相關(guān)理論，導(dǎo)致所設(shè)計(jì)的表格數(shù)字不那么嚴(yán)密。最近二十年來(lái)，社會(huì)上存在許多私人機(jī)構(gòu)編輯各種壓縮機(jī)的各項(xiàng)計(jì)算程序服務(wù)于所需要的人，不知他們的程序經(jīng)得起推敲否？
當(dāng)下中國(guó)壓縮機(jī)事業(yè)的發(fā)展如日中天，全民創(chuàng)業(yè)的熱潮讓人蠢蠢欲動(dòng)。可是可能還有些人不知道有壓縮機(jī)的熱、動(dòng)力計(jì)算，他們依瓢畫(huà)葫蘆般地測(cè)繪出壓縮機(jī)的各項(xiàng)零件圖紙，精心加工出各種零件，精致地裝配組裝出壓縮機(jī)，經(jīng)試驗(yàn)后也能生產(chǎn)出合格能用的壓縮機(jī)。可是若某些部件需要替代設(shè)計(jì)，或者根據(jù)需求要派生出其它變型產(chǎn)品時(shí)，問(wèn)題就來(lái)了。
下面以一種全無(wú)油潤(rùn)滑中壓空氣壓縮機(jī)VW-1.25/40-Q為例，系統(tǒng)地闡述各項(xiàng)參數(shù)和它們之間的聯(lián)系，與同行分享、交流，推動(dòng)中國(guó)壓縮機(jī)事業(yè)的發(fā)展與提高。
2.熱力計(jì)算表格
文中表格里機(jī)器結(jié)構(gòu)框架是：?jiǎn)吻誚型角度式往復(fù)壓縮機(jī)，級(jí)差式，風(fēng)冷結(jié)構(gòu)；能實(shí)現(xiàn)1.25m3/min排量，排氣壓力4MPa，3級(jí)壓縮，全無(wú)油潤(rùn)滑。若規(guī)定從曲軸動(dòng)力輸出端方向作為正面視圖方向，其正剖面視圖右側(cè)為Ⅰ-Ⅲ級(jí)氣缸活塞部件，活塞直徑為Φ140-Φ45，單作用式，它靠近曲軸動(dòng)力輸出端；左側(cè)為Ⅰ-Ⅱ級(jí)氣缸活塞部件，活塞直徑為Φ140-Φ90，單作用式，它靠近曲軸動(dòng)力輸入端；其它的一些參數(shù)具體見(jiàn)表格1圖。表格1圖為全局圖，顯示較小，表格2、3圖為表格1圖的分圖，顯示較大。
該表格的設(shè)計(jì)是作者一貫的格式，清晰明了，邏輯性強(qiáng)。該表格在EXCEL程序上可以分為5節(jié)，第1節(jié)：初定各級(jí)壓力和壓力比，以及多次復(fù)算壓力；第2節(jié)：計(jì)算進(jìn)氣、泄漏、析水系數(shù)和排氣溫度估算；第3節(jié)：確定缸徑和各級(jí)最終壓力；第4節(jié)：確定實(shí)際壓力比、溫度、功率和活塞力，各種效率計(jì)算的準(zhǔn)備；第5節(jié)：綜合。這是最主要的結(jié)構(gòu)，然而為充分利用表格空間，在表格的其它位置作出小范圍小參數(shù)的計(jì)算，諸如析水系數(shù)的計(jì)算，一級(jí)氣缸直徑計(jì)算，泄漏系數(shù)的計(jì)算，余隙容積系數(shù)的計(jì)算等。
請(qǐng)注意，表格中所有數(shù)字基本上采用SⅠ國(guó)際單位制。每節(jié)數(shù)字的表頭所代表的參數(shù)名稱與代號(hào)忽略，用于區(qū)分不同區(qū)域研究的人，也適合于對(duì)該表格有興趣并且愿意詳細(xì)推敲的人。最重要的是，表格中涂色的數(shù)字框都是手工輸入的，不涂色框內(nèi)的數(shù)字是經(jīng)過(guò)公式計(jì)算出來(lái)的，該公式在后面的分述中詳細(xì)地給出。至于為什么是該數(shù)字，最基本的依據(jù)是《容積式壓縮機(jī)技術(shù)手冊(cè)》[4]。
2.1初定各級(jí)壓力和壓力比，以及多次復(fù)算
文中表格的開(kāi)始位置遵循EXCEL程序的初始位置，看懂這張表格首先要精通EXCEL程序編程，本文不涉及EXCEL公式函數(shù)的內(nèi)容，但普通的公式會(huì)正確地給出。依前述，采用三級(jí)壓縮，首尾的絕對(duì)壓力為1bar、41bar，若采用等壓比分布則等壓比ε為
其中：Pd—排氣絕對(duì)壓力，bar
Ps—進(jìn)氣絕對(duì)壓力，bar
表格中1.044、0.999是手工輸入的，分別為一、二級(jí)經(jīng)多次復(fù)算后最后的修正的壓力比系數(shù)
上三式的下標(biāo)代表其級(jí)數(shù)，后面的某些公式代號(hào)的下標(biāo)用i代表該級(jí)數(shù)，i取1或者2或者3。至于為什么這樣修正，涉及到下面的數(shù)字之間的天然聯(lián)系。至少代表著實(shí)際壓縮機(jī)運(yùn)行參數(shù)的一種存在，至于是不是最終合理還有待實(shí)踐進(jìn)一步檢驗(yàn)。若不行，可以對(duì)該1.044、0.999進(jìn)行再修正，它至少提供了一種框架，修正起來(lái)非常方便。表格2圖是該全無(wú)油中壓機(jī)熱力計(jì)算主要部分所顯示的分圖，下面所進(jìn)行的相關(guān)計(jì)算的結(jié)果都顯示在其中。
2.2計(jì)算進(jìn)氣、泄漏、析水系數(shù)和排氣溫度估算
第2、3、4節(jié)，每節(jié)都由三行組成，代表著三級(jí)壓縮狀況下的計(jì)算。對(duì)第2節(jié)運(yùn)用到相關(guān)公式有：
其中：λv—容積系數(shù)[1]，無(wú)量綱，每一級(jí)都有一個(gè)對(duì)應(yīng)該級(jí)的容積系數(shù)
α—相對(duì)余隙容積
ε—經(jīng)復(fù)算后的壓力比
m—膨脹指數(shù)[1]，具體的選值參照參考文獻(xiàn)1
Z1、Z3—空氣可壓縮性氣體常數(shù)，本表格對(duì)第3級(jí)壓縮部分已引入了該參數(shù)參與計(jì)算。字母中的下標(biāo)數(shù)字代表每一級(jí)p-V指示圖氣體的狀態(tài)，不代表級(jí)數(shù)，可以認(rèn)為它們分別代表該級(jí)的吸、排氣狀態(tài)下氣體常數(shù)。
其中：λs—進(jìn)氣系數(shù)，無(wú)量綱
λp—壓力系數(shù)[1]，具體的選值參照參考文獻(xiàn)1
λt—溫度系數(shù)[1]，具體的選值參照參考文獻(xiàn)1。
其中：λd—排氣系數(shù)
λl—泄漏系數(shù)
λφ—析水系數(shù)
λc—凈化系數(shù)[1]。
其中：Td—各級(jí)名義排氣溫度，K
Ts—各級(jí)名義吸氣溫度，K
ε—經(jīng)復(fù)算后的名義壓力比
n—多方壓縮過(guò)程指數(shù)
2.2.1各級(jí)容積系數(shù)的求證
具體參考表格2圖、3圖和圖1、圖2。相對(duì)余隙容積α是余隙容積V0與行程容積Vh之比值。即：
其中：D—?dú)飧字睆剑琺
S—活塞行程，m
探究各級(jí)壓縮機(jī)的余隙容積V0值是一個(gè)至關(guān)重要的問(wèn)題，決不能以上止點(diǎn)間隙值除以行程所得的值來(lái)計(jì)算容積系數(shù)。由于用鋼鐵類的固體跳過(guò)液體相來(lái)壓縮氣體，而氣體相對(duì)于流體來(lái)說(shuō)更是無(wú)孔不入的。什么是余隙容積呢？就是在上止點(diǎn)狀態(tài)下，氣缸與活塞之間還有多少空間來(lái)容納這些無(wú)法排出的氣體空間體積。對(duì)于這種單作用級(jí)差式結(jié)構(gòu)，一級(jí)進(jìn)排氣閥各自獨(dú)立且成90°布置，二、三級(jí)組合平面布置。二級(jí)屬于組合閥，內(nèi)進(jìn)外出，該氣閥中心是網(wǎng)狀閥而外周為環(huán)狀閥；三級(jí)屬于舌簧閥[3]布置，下面為懸臂梁式舌簧吸氣閥，而上面一半的位置屬于排氣腔，其內(nèi)設(shè)置一字型舌簧排氣閥。它們的余隙容積都包含有線性間隙，即活塞的工作面與固定的氣缸頂面或者閥板下平面之間的距離，還包括各自的到第一道活塞環(huán)處的環(huán)形空間。設(shè)置有環(huán)形空間也是防止到上止點(diǎn)時(shí)，避免由于各種原因使活塞傾斜運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致活塞頂端與氣缸圓鏡面之間碰撞。其空間設(shè)計(jì)相當(dāng)考究，氣缸直徑越小，環(huán)形間隙與深度也越小，并且有油與無(wú)油也各不相同。另外，對(duì)于本例的一級(jí)排氣閥附近有一塊意想不到的容積，即排出腔通道處呈圓-圓錐處寶塔狀的容積。凡是不能排出的殘留空間都要算到余隙容積中，要適當(dāng)?shù)挠?jì)算與估算，保證與實(shí)際相符合。這里涉及到各種形狀的空間體積的計(jì)算，由于非常簡(jiǎn)單此處不羅列展示具體的計(jì)算公式，僅在圖1、圖2處用①②等代表區(qū)域，具體的計(jì)算部分內(nèi)容也可以參考表格3圖。注意，對(duì)于舌簧閥結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格說(shuō)來(lái)余隙容積還應(yīng)扣除吸氣閥片的體積，另外加上閥板上所有腰型槽排出通道的容積。
容積系數(shù)λv還是膨脹指數(shù)m與名義壓力比ε的函數(shù)。對(duì)于膨脹指數(shù)，教材上一般都依壓縮過(guò)程指數(shù)n的值和進(jìn)氣壓力作出相應(yīng)的線性規(guī)定，但從壓縮機(jī)實(shí)際的余隙容積V0內(nèi)氣體膨脹特性來(lái)說(shuō)，膨脹指數(shù)僅取決于那一塊氣體區(qū)域形成的溫度梯度場(chǎng)狀況。凡是熱交換愈烈時(shí)m值愈小，若不進(jìn)行熱交換則m值趨于絕熱指數(shù)k，即1.40。α值一定時(shí)m值愈大代表膨脹指數(shù)線愈陡直，則相應(yīng)地吸入新鮮的空氣的機(jī)會(huì)越多，代表著λv值越大。ε值初步計(jì)算時(shí)應(yīng)是名義的等壓力比，就是3.45，當(dāng)最終所有的計(jì)算程序值相吻合后，ε應(yīng)該代表著該壓力分布狀態(tài)下的最終壓力比，但絕不是包含有氣閥等管道阻力損失時(shí)的相對(duì)壓力損失δs、δd函數(shù)在內(nèi)的實(shí)際壓力比ε′。有人曾在熱力計(jì)算的這些數(shù)字找不著北兒的時(shí)候，悄悄地混淆了這個(gè)概念！錯(cuò)誤的根源是：事先承認(rèn)每級(jí)壓力分布是連續(xù)的，但依次計(jì)算做不出合適的λv值、合適的氣缸直徑等，最后又幻想通過(guò)改變?chǔ)胖祦?lái)做出合適的λv值，殊不知已破壞了自己最初的約定，所以是錯(cuò)誤的。但可以通過(guò)改變m、α值來(lái)尋求合適的λv值。筆者認(rèn)為，δs、δd的設(shè)置，僅是從理論上框定出實(shí)際時(shí)的排氣溫度、實(shí)際時(shí)的指示功率，通過(guò)這一模型使計(jì)算結(jié)果符合實(shí)際，達(dá)到計(jì)算的效用價(jià)值。本例對(duì)膨脹指數(shù)沒(méi)有按教材上要求的線性公式來(lái)定，而是人為手工植入，也相差不大，這是允許的。
2.2.2各級(jí)泄漏系數(shù)[1]的求證
具體參考表格3圖。據(jù)筆者所了解，泄漏系數(shù)的求證是當(dāng)下所進(jìn)行熱力計(jì)算中最難懂的。搞不懂這個(gè)道理，所進(jìn)行的熱力計(jì)算都是徒勞的，都是在渾水摸魚(yú)。所計(jì)算出來(lái)的結(jié)果一點(diǎn)用處都沒(méi)有，根本不能指導(dǎo)壓縮機(jī)下一步待改進(jìn)的地方。所以，泄漏系數(shù)的計(jì)算非常重要。簡(jiǎn)單地說(shuō)，泄漏系數(shù)與壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)息息相關(guān)，例如所有單作用式的壓縮機(jī)，由于泄漏系數(shù)的局限，會(huì)導(dǎo)致高壓機(jī)的排氣量不能有效地提高，但這種結(jié)構(gòu)制造簡(jiǎn)單；而稍微復(fù)雜些的結(jié)構(gòu)例如級(jí)差式、雙作用式機(jī)器等，利用結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜的特點(diǎn)導(dǎo)致高壓級(jí)沒(méi)有地方直接向外面泄漏，從而可以讓低壓級(jí)的泄漏系數(shù)取高些，容易獲得高一點(diǎn)的排氣量。不管如何，所有正確計(jì)算泄漏系數(shù)的做法，都要在一串?dāng)?shù)字的后方形成一個(gè)類似于線代中的上三角矩陣，而其前面氣閥的數(shù)字則呈主對(duì)角線布置的矩陣，否則都是不對(duì)的。以前筆者的粗略做法是，通常的二級(jí)壓縮機(jī)，每級(jí)的泄漏系數(shù)近似地取作0.9～0.95，當(dāng)時(shí)不明白這與結(jié)構(gòu)相關(guān)的道理。對(duì)課本上關(guān)于泄漏系數(shù)的一段話生吞活剝地理解，現(xiàn)在終于咬文嚼字似得懂得了一些道理。記得2004年重慶氣體壓縮機(jī)廠首次開(kāi)發(fā)出W-6/400型空氣壓縮機(jī)，其設(shè)計(jì)的熱力計(jì)算書(shū)上寫(xiě)到：1～5級(jí)壓縮其泄漏系數(shù)依次取作0.92、0.93、0.94、0.95、0.96，這也是粗略地做法，不能解決問(wèn)題，但其至少有一定合理性。一般說(shuō)來(lái)，泄漏系數(shù)遵循首級(jí)泄漏系數(shù)較小而末級(jí)則較大。就憑這一點(diǎn)，可以一眼看出哪些人作熱力計(jì)算時(shí)在渾水摸魚(yú)！
言歸正傳，壓縮機(jī)泄漏系數(shù)是每一級(jí)排出氣體量Vd與吸入氣體量Vs之比值，用λι表示，Vι表示該級(jí)用于補(bǔ)償泄漏的容積，則
其中：ν—任意一級(jí)總的相對(duì)泄漏量，無(wú)量綱
Σ—求和符號(hào)
i—一般代表三個(gè)部位，即氣閥、活塞環(huán)、填函，本例無(wú)填函。
一般說(shuō)來(lái)，氣閥的相對(duì)泄漏量νv=0.01～0.04，單作用式活塞環(huán)的相對(duì)泄漏量νh=0.01～0.05這在表格3圖上已標(biāo)記出。這是教材上的理論，實(shí)際對(duì)于該種全無(wú)油中壓機(jī)依據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果來(lái)說(shuō)會(huì)有所差異。本例由于結(jié)構(gòu)上一級(jí)吸排氣閥組有兩處，二、三級(jí)氣閥組各有一處，均采用氣閥的相對(duì)泄漏量值為0.04。注意到一級(jí)氣閥的泄漏屬于外泄漏，二、三級(jí)的則為內(nèi)泄漏，它們?cè)谧饔?jì)算排列時(shí)均呈主對(duì)角線分布；活塞環(huán)處的泄漏量計(jì)算過(guò)程令人頭疼，困擾筆者的是明明有一級(jí)活塞部位擋著，為何就成了外泄漏，讓一級(jí)的泄漏系數(shù)較低呢？如若不低根本就沒(méi)有那么高的排氣量，所以氣體還是漏掉了。最后想出這樣一個(gè)也能講得通的理由：讓二、三級(jí)的單作用式活塞環(huán)相對(duì)泄漏量的50%、40%加到一級(jí)活塞環(huán)上，形成一個(gè)類似的上三角矩陣。認(rèn)為二級(jí)活塞環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)造成有50%的泄漏氣體通過(guò)其下部的一級(jí)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞環(huán)漏到大氣中，同樣三級(jí)有40%通過(guò)一級(jí)漏入曲軸箱中，這樣形成了一種穩(wěn)態(tài)平衡。具體計(jì)算結(jié)果請(qǐng)看圖。另外，外泄漏直接決定排氣量，內(nèi)泄漏對(duì)排氣量影響不敏感但影響級(jí)間壓力分布和級(jí)的排氣溫度分布。
2.2.3各級(jí)析水系數(shù)[1]的求證
先上公式：
其中：p1—1級(jí)吸氣絕對(duì)壓力，Pa。公式中p1在EXCEL程序中運(yùn)用到絕對(duì)引用的概念
pi—i級(jí)吸氣絕對(duì)壓力，Pa。pi一般用等壓比并且圓整后參與計(jì)算較方便
Φ1—相對(duì)濕度，例如本例中Φ1=60%，為一個(gè)初始給定的值
ps1—水蒸氣在1級(jí)吸氣溫度下的飽和蒸氣壓，Pa
psj—水蒸氣在j級(jí)狀態(tài)下回冷到進(jìn)氣口溫度下的飽和蒸氣壓，Pa
Φ2—有無(wú)水分析出的相對(duì)濕度，本例中Φ2=0.81代表著沒(méi)有水分析出就用該數(shù)參與計(jì)算，而Φ3＞1則取1代入計(jì)算。
具體計(jì)算結(jié)果參見(jiàn)表格2圖。
至此對(duì)第2節(jié)所進(jìn)行的相關(guān)計(jì)算也參見(jiàn)表格2圖主要部分的第二段，其中需要說(shuō)明的是，進(jìn)氣溫度按照27℃，相對(duì)濕度60%，回冷不完善度16℃所進(jìn)行的計(jì)算，它一般應(yīng)盡量滿足壓縮機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)最大多數(shù)存在的狀況。依次得出的各級(jí)排氣系數(shù)λd值為0.621、0.666、0.779。
2.3確定缸徑和各級(jí)最終壓力
第2節(jié)計(jì)算是壓縮機(jī)各分部分的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，那么本節(jié)的計(jì)算呈現(xiàn)出的就是壓縮機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的輪廓數(shù)據(jù)，涉及到已知的排氣量數(shù)據(jù)和需要實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)速、行程、氣缸直徑的大小、冷卻器的設(shè)計(jì)等數(shù)據(jù)，更包括活塞運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。另外，由于國(guó)家對(duì)活塞直徑和行程數(shù)據(jù)實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化管理，活塞直徑數(shù)據(jù)呈間斷化，因此會(huì)造成因活塞直徑的圓整導(dǎo)致級(jí)間壓力的變化調(diào)整。由于文章幅面的限制，也因筆者在完稿前花費(fèi)了許多時(shí)間對(duì)復(fù)算壓力系數(shù)進(jìn)行了多方面研究，文章顯示出調(diào)整范圍不大。有興趣的讀者可以保持事先給定的相對(duì)余隙容積值來(lái)研究該問(wèn)題，這樣才能有所提高。下面給出壓縮機(jī)領(lǐng)域一個(gè)著名的、放之四海而皆準(zhǔn)的級(jí)行程容積公式：
其中：Vhj—j級(jí)行程容積，m3。該公式的原理可以參見(jiàn)參考文獻(xiàn)1
Q0—排氣量，m3/min
p1—1級(jí)吸氣絕對(duì)壓力，bar。同樣應(yīng)注意到EXCEL程序中用到絕對(duì)引用的概念
pj—j級(jí)吸氣絕對(duì)壓力，bar
Tj—j級(jí)吸氣溫度，K
T1—1級(jí)吸氣溫度，K
n—轉(zhuǎn)速，r/min
Zj、Z1—j級(jí)、1級(jí)空氣的可壓縮性氣體常數(shù)
公式（13）揭示了這樣一個(gè)道理：沿著壓縮機(jī)氣流通道通過(guò)每一個(gè)截面的單位時(shí)間內(nèi)的排氣量是相等的，這里的排氣量約定為換算到一級(jí)吸氣口狀態(tài)下。還表明：每一級(jí)工作氣缸的前后管道截面對(duì)應(yīng)其該級(jí)的吸氣量和排氣量，該吸氣量與排氣量的比值恒等于該級(jí)的排氣系數(shù)的倒數(shù)。對(duì)一級(jí)來(lái)說(shuō)吸氣量大于排氣量。另外，通過(guò)每一截面的排氣量都相等的原則不光適用于穩(wěn)態(tài)，在壓縮機(jī)升壓過(guò)程中的任一暫態(tài)也是適用的。
本例一級(jí)活塞工作面有兩個(gè)圓環(huán)面，分別為φ140-φ87、φ140-φ44。設(shè)一級(jí)活塞總工作面積為1，那么Ⅰ-Ⅱ級(jí)活塞與Ⅰ-Ⅲ級(jí)活塞上的其一級(jí)工作面積之比約為0.41:0.59，詳見(jiàn)表格2圖。級(jí)氣缸直徑的計(jì)算公式為：
上三式中，F(xiàn)s1—1級(jí)活塞總工作面積，m2
d2桿、d3桿—單作用級(jí)差式結(jié)構(gòu)上2、3級(jí)活塞桿直徑，m
zj—j級(jí)同名氣缸的個(gè)數(shù)
表格2圖第三段第一行說(shuō)明，兩個(gè)圓環(huán)工作面相當(dāng)于在一個(gè)圓直徑為φ172.3氣缸內(nèi)工作，其數(shù)值的上方也利用了公式（14）、（15）計(jì)算出實(shí)際一級(jí)氣缸為兩個(gè)直徑為φ140的氣缸。表格2圖的右上方給出了一級(jí)氣缸直徑的反運(yùn)算。
氣缸因圓整導(dǎo)致名義壓力比重新分布，其計(jì)算規(guī)則如下：首先算出各級(jí)圓整后與圓整前的活塞面積之比值，該比值依次為k1、k2、k3；其次是讓首尾即一級(jí)進(jìn)與三級(jí)排系數(shù)固定為1，一級(jí)排、二級(jí)進(jìn)系數(shù)用
來(lái)賦值，二級(jí)排、三級(jí)進(jìn)系數(shù)用
來(lái)賦值；然后用這些系數(shù)與其對(duì)應(yīng)的復(fù)算后的名義壓力值作乘法運(yùn)算即得出，此處不羅列公式了。
綜上1節(jié)到3節(jié)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的得出，反映設(shè)計(jì)者對(duì)壓縮機(jī)的功能特性的駕馭程度，但每一項(xiàng)數(shù)據(jù)的得出更需要某個(gè)零件或某一組部件來(lái)支撐，這就涉及到壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了。
＜注：本文未完待續(xù)，更多精彩見(jiàn)下期！＞
參考文獻(xiàn)
1.林梅、孫嗣瑩，活塞式壓縮機(jī)原理，[M]，西安交通大學(xué)，2006年12月
2.陳永江，容積式壓縮機(jī)原理與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，[M]，西安交通大學(xué)，1985年7月
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5.陸鵬程，李中生，空壓機(jī)中單向排氣閥的研究，[J]，流體傳動(dòng)與控制，2008年3期
作者簡(jiǎn)介
陸鵬程，安徽工程大學(xué)1997年本科畢業(yè)。現(xiàn)在中國(guó)人民解放軍第四八一二工廠，安徽華晶機(jī)械有限公司工作，高級(jí)工程師。截至到2025年，已在《壓縮機(jī)》雜志上發(fā)表過(guò)約16篇原創(chuàng)性論文。研究方向：壓縮機(jī)研究與強(qiáng)度設(shè)計(jì)。
1.序言
【壓縮機(jī)網(wǎng)】壓縮機(jī)的熱力計(jì)算非常重要，然而卻很少看到有人愿意系統(tǒng)地公開(kāi)發(fā)表他們的理論計(jì)算。到目前為止筆者從事壓縮機(jī)研究已近三十年整，就自身所了解到的壓縮機(jī)計(jì)算方面的情況來(lái)講：上世紀(jì)八十年代本單位存檔有紙質(zhì)版手工謄寫(xiě)的某種機(jī)型的熱力計(jì)算書(shū)；到了2000年后，由于計(jì)算機(jī)的普及，一些人開(kāi)始利用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言諸如EXCEL程序編輯計(jì)算出某種壓縮機(jī)的熱力計(jì)算，這當(dāng)時(shí)對(duì)筆者的思維觸發(fā)很大。可是他們所編輯的表格程序或多或少都有些問(wèn)題，又猶抱琵琶半遮面似的不愿意公開(kāi)討論這個(gè)問(wèn)題。他們所做工作或許是沒(méi)有研究深透壓縮機(jī)的相關(guān)理論，導(dǎo)致所設(shè)計(jì)的表格數(shù)字不那么嚴(yán)密。最近二十年來(lái)，社會(huì)上存在許多私人機(jī)構(gòu)編輯各種壓縮機(jī)的各項(xiàng)計(jì)算程序服務(wù)于所需要的人，不知他們的程序經(jīng)得起推敲否？
當(dāng)下中國(guó)壓縮機(jī)事業(yè)的發(fā)展如日中天，全民創(chuàng)業(yè)的熱潮讓人蠢蠢欲動(dòng)。可是可能還有些人不知道有壓縮機(jī)的熱、動(dòng)力計(jì)算，他們依瓢畫(huà)葫蘆般地測(cè)繪出壓縮機(jī)的各項(xiàng)零件圖紙，精心加工出各種零件，精致地裝配組裝出壓縮機(jī)，經(jīng)試驗(yàn)后也能生產(chǎn)出合格能用的壓縮機(jī)。可是若某些部件需要替代設(shè)計(jì)，或者根據(jù)需求要派生出其它變型產(chǎn)品時(shí)，問(wèn)題就來(lái)了。
下面以一種全無(wú)油潤(rùn)滑中壓空氣壓縮機(jī)VW-1.25/40-Q為例，系統(tǒng)地闡述各項(xiàng)參數(shù)和它們之間的聯(lián)系，與同行分享、交流，推動(dòng)中國(guó)壓縮機(jī)事業(yè)的發(fā)展與提高。
2.熱力計(jì)算表格
文中表格里機(jī)器結(jié)構(gòu)框架是：?jiǎn)吻誚型角度式往復(fù)壓縮機(jī)，級(jí)差式，風(fēng)冷結(jié)構(gòu)；能實(shí)現(xiàn)1.25m3/min排量，排氣壓力4MPa，3級(jí)壓縮，全無(wú)油潤(rùn)滑。若規(guī)定從曲軸動(dòng)力輸出端方向作為正面視圖方向，其正剖面視圖右側(cè)為Ⅰ-Ⅲ級(jí)氣缸活塞部件，活塞直徑為Φ140-Φ45，單作用式，它靠近曲軸動(dòng)力輸出端；左側(cè)為Ⅰ-Ⅱ級(jí)氣缸活塞部件，活塞直徑為Φ140-Φ90，單作用式，它靠近曲軸動(dòng)力輸入端；其它的一些參數(shù)具體見(jiàn)表格1圖。表格1圖為全局圖，顯示較小，表格2、3圖為表格1圖的分圖，顯示較大。
該表格的設(shè)計(jì)是作者一貫的格式，清晰明了，邏輯性強(qiáng)。該表格在EXCEL程序上可以分為5節(jié)，第1節(jié)：初定各級(jí)壓力和壓力比，以及多次復(fù)算壓力；第2節(jié)：計(jì)算進(jìn)氣、泄漏、析水系數(shù)和排氣溫度估算；第3節(jié)：確定缸徑和各級(jí)最終壓力；第4節(jié)：確定實(shí)際壓力比、溫度、功率和活塞力，各種效率計(jì)算的準(zhǔn)備；第5節(jié)：綜合。這是最主要的結(jié)構(gòu)，然而為充分利用表格空間，在表格的其它位置作出小范圍小參數(shù)的計(jì)算，諸如析水系數(shù)的計(jì)算，一級(jí)氣缸直徑計(jì)算，泄漏系數(shù)的計(jì)算，余隙容積系數(shù)的計(jì)算等。
請(qǐng)注意，表格中所有數(shù)字基本上采用SⅠ國(guó)際單位制。每節(jié)數(shù)字的表頭所代表的參數(shù)名稱與代號(hào)忽略，用于區(qū)分不同區(qū)域研究的人，也適合于對(duì)該表格有興趣并且愿意詳細(xì)推敲的人。最重要的是，表格中涂色的數(shù)字框都是手工輸入的，不涂色框內(nèi)的數(shù)字是經(jīng)過(guò)公式計(jì)算出來(lái)的，該公式在后面的分述中詳細(xì)地給出。至于為什么是該數(shù)字，最基本的依據(jù)是《容積式壓縮機(jī)技術(shù)手冊(cè)》[4]。
2.1初定各級(jí)壓力和壓力比，以及多次復(fù)算
文中表格的開(kāi)始位置遵循EXCEL程序的初始位置，看懂這張表格首先要精通EXCEL程序編程，本文不涉及EXCEL公式函數(shù)的內(nèi)容，但普通的公式會(huì)正確地給出。依前述，采用三級(jí)壓縮，首尾的絕對(duì)壓力為1bar、41bar，若采用等壓比分布則等壓比ε為
其中：Pd—排氣絕對(duì)壓力，bar
Ps—進(jìn)氣絕對(duì)壓力，bar
表格中1.044、0.999是手工輸入的，分別為一、二級(jí)經(jīng)多次復(fù)算后最后的修正的壓力比系數(shù)
上三式的下標(biāo)代表其級(jí)數(shù)，后面的某些公式代號(hào)的下標(biāo)用i代表該級(jí)數(shù)，i取1或者2或者3。至于為什么這樣修正，涉及到下面的數(shù)字之間的天然聯(lián)系。至少代表著實(shí)際壓縮機(jī)運(yùn)行參數(shù)的一種存在，至于是不是最終合理還有待實(shí)踐進(jìn)一步檢驗(yàn)。若不行，可以對(duì)該1.044、0.999進(jìn)行再修正，它至少提供了一種框架，修正起來(lái)非常方便。表格2圖是該全無(wú)油中壓機(jī)熱力計(jì)算主要部分所顯示的分圖，下面所進(jìn)行的相關(guān)計(jì)算的結(jié)果都顯示在其中。
2.2計(jì)算進(jìn)氣、泄漏、析水系數(shù)和排氣溫度估算
第2、3、4節(jié)，每節(jié)都由三行組成，代表著三級(jí)壓縮狀況下的計(jì)算。對(duì)第2節(jié)運(yùn)用到相關(guān)公式有：
其中：λv—容積系數(shù)[1]，無(wú)量綱，每一級(jí)都有一個(gè)對(duì)應(yīng)該級(jí)的容積系數(shù)
α—相對(duì)余隙容積
ε—經(jīng)復(fù)算后的壓力比
m—膨脹指數(shù)[1]，具體的選值參照參考文獻(xiàn)1
Z1、Z3—空氣可壓縮性氣體常數(shù)，本表格對(duì)第3級(jí)壓縮部分已引入了該參數(shù)參與計(jì)算。字母中的下標(biāo)數(shù)字代表每一級(jí)p-V指示圖氣體的狀態(tài)，不代表級(jí)數(shù)，可以認(rèn)為它們分別代表該級(jí)的吸、排氣狀態(tài)下氣體常數(shù)。
其中：λs—進(jìn)氣系數(shù)，無(wú)量綱
λp—壓力系數(shù)[1]，具體的選值參照參考文獻(xiàn)1
λt—溫度系數(shù)[1]，具體的選值參照參考文獻(xiàn)1。
其中：λd—排氣系數(shù)
λl—泄漏系數(shù)
λφ—析水系數(shù)
λc—凈化系數(shù)[1]。
其中：Td—各級(jí)名義排氣溫度，K
Ts—各級(jí)名義吸氣溫度，K
ε—經(jīng)復(fù)算后的名義壓力比
n—多方壓縮過(guò)程指數(shù)
2.2.1各級(jí)容積系數(shù)的求證
具體參考表格2圖、3圖和圖1、圖2。相對(duì)余隙容積α是余隙容積V0與行程容積Vh之比值。即：
其中：D—?dú)飧字睆剑琺
S—活塞行程，m
探究各級(jí)壓縮機(jī)的余隙容積V0值是一個(gè)至關(guān)重要的問(wèn)題，決不能以上止點(diǎn)間隙值除以行程所得的值來(lái)計(jì)算容積系數(shù)。由于用鋼鐵類的固體跳過(guò)液體相來(lái)壓縮氣體，而氣體相對(duì)于流體來(lái)說(shuō)更是無(wú)孔不入的。什么是余隙容積呢？就是在上止點(diǎn)狀態(tài)下，氣缸與活塞之間還有多少空間來(lái)容納這些無(wú)法排出的氣體空間體積。對(duì)于這種單作用級(jí)差式結(jié)構(gòu)，一級(jí)進(jìn)排氣閥各自獨(dú)立且成90°布置，二、三級(jí)組合平面布置。二級(jí)屬于組合閥，內(nèi)進(jìn)外出，該氣閥中心是網(wǎng)狀閥而外周為環(huán)狀閥；三級(jí)屬于舌簧閥[3]布置，下面為懸臂梁式舌簧吸氣閥，而上面一半的位置屬于排氣腔，其內(nèi)設(shè)置一字型舌簧排氣閥。它們的余隙容積都包含有線性間隙，即活塞的工作面與固定的氣缸頂面或者閥板下平面之間的距離，還包括各自的到第一道活塞環(huán)處的環(huán)形空間。設(shè)置有環(huán)形空間也是防止到上止點(diǎn)時(shí)，避免由于各種原因使活塞傾斜運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致活塞頂端與氣缸圓鏡面之間碰撞。其空間設(shè)計(jì)相當(dāng)考究，氣缸直徑越小，環(huán)形間隙與深度也越小，并且有油與無(wú)油也各不相同。另外，對(duì)于本例的一級(jí)排氣閥附近有一塊意想不到的容積，即排出腔通道處呈圓-圓錐處寶塔狀的容積。凡是不能排出的殘留空間都要算到余隙容積中，要適當(dāng)?shù)挠?jì)算與估算，保證與實(shí)際相符合。這里涉及到各種形狀的空間體積的計(jì)算，由于非常簡(jiǎn)單此處不羅列展示具體的計(jì)算公式，僅在圖1、圖2處用①②等代表區(qū)域，具體的計(jì)算部分內(nèi)容也可以參考表格3圖。注意，對(duì)于舌簧閥結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格說(shuō)來(lái)余隙容積還應(yīng)扣除吸氣閥片的體積，另外加上閥板上所有腰型槽排出通道的容積。
容積系數(shù)λv還是膨脹指數(shù)m與名義壓力比ε的函數(shù)。對(duì)于膨脹指數(shù)，教材上一般都依壓縮過(guò)程指數(shù)n的值和進(jìn)氣壓力作出相應(yīng)的線性規(guī)定，但從壓縮機(jī)實(shí)際的余隙容積V0內(nèi)氣體膨脹特性來(lái)說(shuō)，膨脹指數(shù)僅取決于那一塊氣體區(qū)域形成的溫度梯度場(chǎng)狀況。凡是熱交換愈烈時(shí)m值愈小，若不進(jìn)行熱交換則m值趨于絕熱指數(shù)k，即1.40。α值一定時(shí)m值愈大代表膨脹指數(shù)線愈陡直，則相應(yīng)地吸入新鮮的空氣的機(jī)會(huì)越多，代表著λv值越大。ε值初步計(jì)算時(shí)應(yīng)是名義的等壓力比，就是3.45，當(dāng)最終所有的計(jì)算程序值相吻合后，ε應(yīng)該代表著該壓力分布狀態(tài)下的最終壓力比，但絕不是包含有氣閥等管道阻力損失時(shí)的相對(duì)壓力損失δs、δd函數(shù)在內(nèi)的實(shí)際壓力比ε′。有人曾在熱力計(jì)算的這些數(shù)字找不著北兒的時(shí)候，悄悄地混淆了這個(gè)概念！錯(cuò)誤的根源是：事先承認(rèn)每級(jí)壓力分布是連續(xù)的，但依次計(jì)算做不出合適的λv值、合適的氣缸直徑等，最后又幻想通過(guò)改變?chǔ)胖祦?lái)做出合適的λv值，殊不知已破壞了自己最初的約定，所以是錯(cuò)誤的。但可以通過(guò)改變m、α值來(lái)尋求合適的λv值。筆者認(rèn)為，δs、δd的設(shè)置，僅是從理論上框定出實(shí)際時(shí)的排氣溫度、實(shí)際時(shí)的指示功率，通過(guò)這一模型使計(jì)算結(jié)果符合實(shí)際，達(dá)到計(jì)算的效用價(jià)值。本例對(duì)膨脹指數(shù)沒(méi)有按教材上要求的線性公式來(lái)定，而是人為手工植入，也相差不大，這是允許的。
2.2.2各級(jí)泄漏系數(shù)[1]的求證
具體參考表格3圖。據(jù)筆者所了解，泄漏系數(shù)的求證是當(dāng)下所進(jìn)行熱力計(jì)算中最難懂的。搞不懂這個(gè)道理，所進(jìn)行的熱力計(jì)算都是徒勞的，都是在渾水摸魚(yú)。所計(jì)算出來(lái)的結(jié)果一點(diǎn)用處都沒(méi)有，根本不能指導(dǎo)壓縮機(jī)下一步待改進(jìn)的地方。所以，泄漏系數(shù)的計(jì)算非常重要。簡(jiǎn)單地說(shuō)，泄漏系數(shù)與壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)息息相關(guān)，例如所有單作用式的壓縮機(jī)，由于泄漏系數(shù)的局限，會(huì)導(dǎo)致高壓機(jī)的排氣量不能有效地提高，但這種結(jié)構(gòu)制造簡(jiǎn)單；而稍微復(fù)雜些的結(jié)構(gòu)例如級(jí)差式、雙作用式機(jī)器等，利用結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜的特點(diǎn)導(dǎo)致高壓級(jí)沒(méi)有地方直接向外面泄漏，從而可以讓低壓級(jí)的泄漏系數(shù)取高些，容易獲得高一點(diǎn)的排氣量。不管如何，所有正確計(jì)算泄漏系數(shù)的做法，都要在一串?dāng)?shù)字的后方形成一個(gè)類似于線代中的上三角矩陣，而其前面氣閥的數(shù)字則呈主對(duì)角線布置的矩陣，否則都是不對(duì)的。以前筆者的粗略做法是，通常的二級(jí)壓縮機(jī)，每級(jí)的泄漏系數(shù)近似地取作0.9～0.95，當(dāng)時(shí)不明白這與結(jié)構(gòu)相關(guān)的道理。對(duì)課本上關(guān)于泄漏系數(shù)的一段話生吞活剝地理解，現(xiàn)在終于咬文嚼字似得懂得了一些道理。記得2004年重慶氣體壓縮機(jī)廠首次開(kāi)發(fā)出W-6/400型空氣壓縮機(jī)，其設(shè)計(jì)的熱力計(jì)算書(shū)上寫(xiě)到：1～5級(jí)壓縮其泄漏系數(shù)依次取作0.92、0.93、0.94、0.95、0.96，這也是粗略地做法，不能解決問(wèn)題，但其至少有一定合理性。一般說(shuō)來(lái)，泄漏系數(shù)遵循首級(jí)泄漏系數(shù)較小而末級(jí)則較大。就憑這一點(diǎn)，可以一眼看出哪些人作熱力計(jì)算時(shí)在渾水摸魚(yú)！
言歸正傳，壓縮機(jī)泄漏系數(shù)是每一級(jí)排出氣體量Vd與吸入氣體量Vs之比值，用λι表示，Vι表示該級(jí)用于補(bǔ)償泄漏的容積，則
其中：ν—任意一級(jí)總的相對(duì)泄漏量，無(wú)量綱
Σ—求和符號(hào)
i—一般代表三個(gè)部位，即氣閥、活塞環(huán)、填函，本例無(wú)填函。
一般說(shuō)來(lái)，氣閥的相對(duì)泄漏量νv=0.01～0.04，單作用式活塞環(huán)的相對(duì)泄漏量νh=0.01～0.05這在表格3圖上已標(biāo)記出。這是教材上的理論，實(shí)際對(duì)于該種全無(wú)油中壓機(jī)依據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果來(lái)說(shuō)會(huì)有所差異。本例由于結(jié)構(gòu)上一級(jí)吸排氣閥組有兩處，二、三級(jí)氣閥組各有一處，均采用氣閥的相對(duì)泄漏量值為0.04。注意到一級(jí)氣閥的泄漏屬于外泄漏，二、三級(jí)的則為內(nèi)泄漏，它們?cè)谧饔?jì)算排列時(shí)均呈主對(duì)角線分布；活塞環(huán)處的泄漏量計(jì)算過(guò)程令人頭疼，困擾筆者的是明明有一級(jí)活塞部位擋著，為何就成了外泄漏，讓一級(jí)的泄漏系數(shù)較低呢？如若不低根本就沒(méi)有那么高的排氣量，所以氣體還是漏掉了。最后想出這樣一個(gè)也能講得通的理由：讓二、三級(jí)的單作用式活塞環(huán)相對(duì)泄漏量的50%、40%加到一級(jí)活塞環(huán)上，形成一個(gè)類似的上三角矩陣。認(rèn)為二級(jí)活塞環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)造成有50%的泄漏氣體通過(guò)其下部的一級(jí)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞環(huán)漏到大氣中，同樣三級(jí)有40%通過(guò)一級(jí)漏入曲軸箱中，這樣形成了一種穩(wěn)態(tài)平衡。具體計(jì)算結(jié)果請(qǐng)看圖。另外，外泄漏直接決定排氣量，內(nèi)泄漏對(duì)排氣量影響不敏感但影響級(jí)間壓力分布和級(jí)的排氣溫度分布。
2.2.3各級(jí)析水系數(shù)[1]的求證
先上公式：
其中：p1—1級(jí)吸氣絕對(duì)壓力，Pa。公式中p1在EXCEL程序中運(yùn)用到絕對(duì)引用的概念
pi—i級(jí)吸氣絕對(duì)壓力，Pa。pi一般用等壓比并且圓整后參與計(jì)算較方便
Φ1—相對(duì)濕度，例如本例中Φ1=60%，為一個(gè)初始給定的值
ps1—水蒸氣在1級(jí)吸氣溫度下的飽和蒸氣壓，Pa
psj—水蒸氣在j級(jí)狀態(tài)下回冷到進(jìn)氣口溫度下的飽和蒸氣壓，Pa
Φ2—有無(wú)水分析出的相對(duì)濕度，本例中Φ2=0.81代表著沒(méi)有水分析出就用該數(shù)參與計(jì)算，而Φ3＞1則取1代入計(jì)算。
具體計(jì)算結(jié)果參見(jiàn)表格2圖。
至此對(duì)第2節(jié)所進(jìn)行的相關(guān)計(jì)算也參見(jiàn)表格2圖主要部分的第二段，其中需要說(shuō)明的是，進(jìn)氣溫度按照27℃，相對(duì)濕度60%，回冷不完善度16℃所進(jìn)行的計(jì)算，它一般應(yīng)盡量滿足壓縮機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)最大多數(shù)存在的狀況。依次得出的各級(jí)排氣系數(shù)λd值為0.621、0.666、0.779。
2.3確定缸徑和各級(jí)最終壓力
第2節(jié)計(jì)算是壓縮機(jī)各分部分的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，那么本節(jié)的計(jì)算呈現(xiàn)出的就是壓縮機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的輪廓數(shù)據(jù)，涉及到已知的排氣量數(shù)據(jù)和需要實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)速、行程、氣缸直徑的大小、冷卻器的設(shè)計(jì)等數(shù)據(jù)，更包括活塞運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。另外，由于國(guó)家對(duì)活塞直徑和行程數(shù)據(jù)實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化管理，活塞直徑數(shù)據(jù)呈間斷化，因此會(huì)造成因活塞直徑的圓整導(dǎo)致級(jí)間壓力的變化調(diào)整。由于文章幅面的限制，也因筆者在完稿前花費(fèi)了許多時(shí)間對(duì)復(fù)算壓力系數(shù)進(jìn)行了多方面研究，文章顯示出調(diào)整范圍不大。有興趣的讀者可以保持事先給定的相對(duì)余隙容積值來(lái)研究該問(wèn)題，這樣才能有所提高。下面給出壓縮機(jī)領(lǐng)域一個(gè)著名的、放之四海而皆準(zhǔn)的級(jí)行程容積公式：
其中：Vhj—j級(jí)行程容積，m3。該公式的原理可以參見(jiàn)參考文獻(xiàn)1
Q0—排氣量，m3/min
p1—1級(jí)吸氣絕對(duì)壓力，bar。同樣應(yīng)注意到EXCEL程序中用到絕對(duì)引用的概念
pj—j級(jí)吸氣絕對(duì)壓力，bar
Tj—j級(jí)吸氣溫度，K
T1—1級(jí)吸氣溫度，K
n—轉(zhuǎn)速，r/min
Zj、Z1—j級(jí)、1級(jí)空氣的可壓縮性氣體常數(shù)
公式（13）揭示了這樣一個(gè)道理：沿著壓縮機(jī)氣流通道通過(guò)每一個(gè)截面的單位時(shí)間內(nèi)的排氣量是相等的，這里的排氣量約定為換算到一級(jí)吸氣口狀態(tài)下。還表明：每一級(jí)工作氣缸的前后管道截面對(duì)應(yīng)其該級(jí)的吸氣量和排氣量，該吸氣量與排氣量的比值恒等于該級(jí)的排氣系數(shù)的倒數(shù)。對(duì)一級(jí)來(lái)說(shuō)吸氣量大于排氣量。另外，通過(guò)每一截面的排氣量都相等的原則不光適用于穩(wěn)態(tài)，在壓縮機(jī)升壓過(guò)程中的任一暫態(tài)也是適用的。
本例一級(jí)活塞工作面有兩個(gè)圓環(huán)面，分別為φ140-φ87、φ140-φ44。設(shè)一級(jí)活塞總工作面積為1，那么Ⅰ-Ⅱ級(jí)活塞與Ⅰ-Ⅲ級(jí)活塞上的其一級(jí)工作面積之比約為0.41:0.59，詳見(jiàn)表格2圖。級(jí)氣缸直徑的計(jì)算公式為：
上三式中，F(xiàn)s1—1級(jí)活塞總工作面積，m2
d2桿、d3桿—單作用級(jí)差式結(jié)構(gòu)上2、3級(jí)活塞桿直徑，m
zj—j級(jí)同名氣缸的個(gè)數(shù)
表格2圖第三段第一行說(shuō)明，兩個(gè)圓環(huán)工作面相當(dāng)于在一個(gè)圓直徑為φ172.3氣缸內(nèi)工作，其數(shù)值的上方也利用了公式（14）、（15）計(jì)算出實(shí)際一級(jí)氣缸為兩個(gè)直徑為φ140的氣缸。表格2圖的右上方給出了一級(jí)氣缸直徑的反運(yùn)算。
氣缸因圓整導(dǎo)致名義壓力比重新分布，其計(jì)算規(guī)則如下：首先算出各級(jí)圓整后與圓整前的活塞面積之比值，該比值依次為k1、k2、k3；其次是讓首尾即一級(jí)進(jìn)與三級(jí)排系數(shù)固定為1，一級(jí)排、二級(jí)進(jìn)系數(shù)用來(lái)賦值，二級(jí)排、三級(jí)進(jìn)系數(shù)用來(lái)賦值；然后用這些系數(shù)與其對(duì)應(yīng)的復(fù)算后的名義壓力值作乘法運(yùn)算即得出，此處不羅列公式了。
綜上1節(jié)到3節(jié)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的得出，反映設(shè)計(jì)者對(duì)壓縮機(jī)的功能特性的駕馭程度，但每一項(xiàng)數(shù)據(jù)的得出更需要某個(gè)零件或某一組部件來(lái)支撐，這就涉及到壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了。
＜注：本文未完待續(xù)，更多精彩見(jiàn)下期！＞
參考文獻(xiàn)
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作者簡(jiǎn)介
陸鵬程，安徽工程大學(xué)1997年本科畢業(yè)。現(xiàn)在中國(guó)人民解放軍第四八一二工廠，安徽華晶機(jī)械有限公司工作，高級(jí)工程師。截至到2025年，已在《壓縮機(jī)》雜志上發(fā)表過(guò)約16篇原創(chuàng)性論文。研究方向：壓縮機(jī)研究與強(qiáng)度設(shè)計(jì)。
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