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1、本讲稿第一页，共二十六页从热力学观点出发，尽管活塞式和叶轮从热力学观点出发，尽管活塞式和叶轮式的式的结构和工作原理都不同，但压缩过程中气体的状结构和工作原理都不同，但压缩过程中气体的状态变化本质上是一致的。态变化本质上是一致的。本章主要内容：本章主要内容：以活塞式压气机为重点，分析压缩气以活塞式压气机为重点，分析压缩气体生产过程的热力学特性体生产过程的热力学特性本讲稿第二页，共二十六页压气机压气机是生产压缩气体的设备，它不是动力机，而是用消耗机械能来得到压缩气体的一种工作机。什么是压气机：什么是压气机：本讲稿第三页，共二十六页压气机分类：压气机分类：工作原理工作原理活塞式压头高，流量小，间隙生
2、产叶轮式压头低，流量大，连续生产压头高低压头高低 通风机表压0.01MPa以下鼓风机表压0.10.3MPa压气机表压0.3MPa以上本讲稿第四页，共二十六页另有罗茨式压气机另有罗茨式压气机(Roots blower)等等等等压气机不是动力机，压气机中进行的过程压气机不是动力机，压气机中进行的过程不是循环不是循环本讲稿第五页，共二十六页8-1 8-1 单级活塞式压气机的工作原理和单级活塞式压气机的工作原理和理论耗功量理论耗功量本讲稿第六页，共二十六页一、工作原理一、工作原理f1：气体引入气缸：气体引入气缸12：气体在气缸内进行压缩：气体在气缸内进行压缩2g：气体流出气缸，输向储：气体流出气缸，输
3、向储气筒气筒不是热力过程，只是气体的移动过程，气体状态不是热力过程，只是气体的移动过程，气体状态不发生变化，缸内气体的数量发生变化不发生变化，缸内气体的数量发生变化 f-1和和2-g过程过程本讲稿第七页，共二十六页n热力过程，气体的参数发生变热力过程，气体的参数发生变化。化。n有两种极限情况：有两种极限情况：绝热过程绝热过程12s定温过程定温过程12Tn实际压缩实际压缩12n 12过程过程本讲稿第八页，共二十六页二、压气机的理论耗功量二、压气机的理论耗功量压缩气体的生产过程包括气体的流入、压缩和输出，压缩气体的生产过程包括气体的流入、压缩和输出，所以压气机耗功应等于压缩过程耗功与进、排气过程推
4、动所以压气机耗功应等于压缩过程耗功与进、排气过程推动功的代数和：功的代数和：压气机耗功压气机耗功可见压气机耗功以技术功计。可见压气机耗功以技术功计。本讲稿第九页，共二十六页二、压气机的理论耗功量二、压气机的理论耗功量（1）可逆绝热压缩）可逆绝热压缩 三种压缩过程耗功量三种压缩过程耗功量本讲稿第十页，共二十六页二、压气机的理论耗功量二、压气机的理论耗功量（2）可逆多变压缩）可逆多变压缩 三种压缩过程耗功量三种压缩过程耗功量本讲稿第十一页，共二十六页二、压气机的理论耗功量二、压气机的理论耗功量（3）可逆定温压缩）可逆定温压缩 三种压缩过程耗功量三种压缩过程耗功量本讲稿第十二页，共二十六页二、压气机
5、的理论耗功量二、压气机的理论耗功量 三种压缩过程耗功量三种压缩过程耗功量本讲稿第十三页，共二十六页8-2 8-2 余隙容积的影响余隙容积的影响本讲稿第十四页，共二十六页一、余隙容积一、余隙容积当活塞运动到上死点当活塞运动到上死点位置时，活塞顶面与气缸位置时，活塞顶面与气缸盖间留有一定的空隙，为盖间留有一定的空隙，为余隙容积余隙容积VcVh为气缸排量：为气缸排量：因为因为34为余隙容积为余隙容积中剩余气体的膨胀过程中剩余气体的膨胀过程（多变过程），所以（多变过程），所以41表示有效进气。表示有效进气。本讲稿第十五页，共二十六页二、余隙容积的影响二、余隙容积的影响 生产量：生产量：有效吸气容积：有
6、效吸气容积：容积效率：容积效率：余隙容积百分比余隙容积百分比Vc/Vh和多变指数和多变指数n一定时，增压比一定时，增压比 越大，则越大，则容积效率越低，且当容积效率越低，且当 增加到一定值时容积效率为零。增加到一定值时容积效率为零。增压比增压比 一定时余隙容积百分比越大，容积效率越低。一定时余隙容积百分比越大，容积效率越低。本讲稿第十六页，共二十六页二、余隙容积的影响二、余隙容积的影响 理论耗功量：理论耗功量：可见有余隙容积后，如果增压相同，理论上所消耗的功可见有余隙容积后，如果增压相同，理论上所消耗的功与无余隙容积时相同。但容积效率降低，需要压缩同样数量与无余隙容积时相同。但容积效率降低，需
7、要压缩同样数量的气体，需要更大的压气机。的气体，需要更大的压气机。本讲稿第十七页，共二十六页8 83 3多级压缩和级间冷却多级压缩和级间冷却 省功（减少压缩过程的多变指数）省功（减少压缩过程的多变指数）避免单级压缩因增压比太高而影响容积避免单级压缩因增压比太高而影响容积效率效率本讲稿第十八页，共二十六页一、两级压缩、中间冷却压气机一、两级压缩、中间冷却压气机本讲稿第十九页，共二十六页1n低压缸低压缸ap中冷器中冷器3n高压缸高压缸2每生产每生产1 kg压缩气体：压缩气体：令令本讲稿第二十页，共二十六页推广推广：若：若m级，则级，则讨论讨论：1）按）按选择各级中间压力，优点：选择各级中间压力，优
8、点：a.各级耗功相等各级耗功相等（总耗功（总耗功有利于曲轴平衡有利于曲轴平衡 b.各缸终温相同各缸终温相同小于不如此分配时小于不如此分配时 各缸终温中最高者，有利于润滑油工作及使可靠性增各缸终温中最高者，有利于润滑油工作及使可靠性增加。加。c.各级散热相同各级散热相同各中冷器散热相等各中冷器散热相等）本讲稿第二十一页，共二十六页 d.各缸按比例缩小各缸按比例缩小 e.对提高整机容积效率对提高整机容积效率 v 有利有利2）若分级）若分级m，则趋于定温压缩但由，则趋于定温压缩但由 于体积庞大，系统复杂，可靠性下降，一于体积庞大，系统复杂，可靠性下降，一般般2-4级。级。3）定温效率）定温效率(is
9、othermal efficiency)本讲稿第二十二页，共二十六页8 84 4叶轮式压气机的工作原理叶轮式压气机的工作原理与活塞式压气机相比，叶轮式压气机结构紧凑，与活塞式压气机相比，叶轮式压气机结构紧凑，输气量大，输气均匀且运转平稳，效率高。缺点输气量大，输气均匀且运转平稳，效率高。缺点是增压比小。是增压比小。叶轮式压气机分为离心式与轴流式两种型式。叶轮式压气机分为离心式与轴流式两种型式。本讲稿第二十三页，共二十六页一、叶轮式压气机工作原理轴流式离心式本讲稿第二十四页，共二十六页二、叶轮式压气机分析不可逆绝热压缩不可逆绝热压缩12定熵压缩过程定熵压缩过程12s理想压缩过程理想压缩过程实际压缩过程实际压缩过程本讲稿第二十五页，共二十六页二、叶轮式压气机分析压气机的绝热效率压气机的绝热效率本讲稿第二十六页，共二十六页