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1、会计学1气体或蒸汽压缩气体或蒸汽压缩(y su)循环循环第一页，共52页。Gas or vapor compression cycle 第7章 气体或蒸汽压缩(y su)循环第1页/共52页第二页，共52页。n n压气机：用来(yn li)压缩气体的设备。n n气体经压气机消耗机械能被压缩，压力升高，称为压缩气体。n n压缩气体用途：各种气动机械的动力、颗粒物料气力输送、大中型内燃机的高压空气启动，冶金炉鼓风、高压氧舱、制冷工程以及化学工业中对气体或蒸汽的压缩等。第2页/共52页第三页，共52页。压气机的作用压气机的作用压气机的作用压气机的作用(zuyng)(zuyng)及分类及分类及分类及分
2、类工作(gngzu)原理及构造活塞式(往复式)离心式轴流式叶轮式压力(yl)范围通风机鼓风机压缩机引射式稳定流动压缩循环为开式循环第3页/共52页第四页，共52页。7-1 活塞式气体活塞式气体(qt)压缩循压缩循环环 第4页/共52页第五页，共52页。单级活塞式气体压缩单级活塞式气体压缩(y su)(y su)循循环环 第5页/共52页第六页，共52页。特点(tdin)：流量小，增压比(=p2p1)大储气罐轴功AB三个阶段：吸气过程(guchng)，压缩过程(guchng)，排气过程(guchng)理论压气过程：忽略(hl)余隙容积，可逆，无压力损失65（1 1）工作原理）工作原理1.绝热压缩
3、2.定温压缩3.多变压缩第6页/共52页第七页，共52页。(2)气体压缩(y su)循环的理论耗功 过程(guchng)f-1,2-g：气体被吸入或排出气缸的质量迁移过程(guchng)，热力状态不发生变化；1-2：闭口系统的压缩热力过程(guchng)65压缩(ysu)过程耗功ws：pdv压缩循环技术功wt：-vdp第7页/共52页第八页，共52页。特别(tbi)快，来不及换热特别(tbi)慢，热全散走实际(shj)压气过程压缩过程分类压缩过程分类sTn第8页/共52页第九页，共52页。三种三种(sn zhn)(sn zhn)压气过压气过程理论耗功的计算程理论耗功的计算Wc.T=-Wt=H-
4、QTWc.n=H-QnWc.s=-Wt=H-Qs=H2.s-H1=H2.s-H2.T=Qj-2T-2s-n-j定压定温定压第9页/共52页第十页，共52页。三种压气三种压气(y q)过程的过程的参数关系参数关系第10页/共52页第十一页，共52页。某单级活塞式压气机每小时吸入的空气量某单级活塞式压气机每小时吸入的空气量V1=140m3/hV1=140m3/h，吸入空，吸入空气的状态参数是气的状态参数是p1=0.1MPap1=0.1MPa、t1=27t1=27，输出空气的压力，输出空气的压力(yl)p2=0.6MPa(yl)p2=0.6MPa。试按下列三种情况计算压气机所需要的理。试按下列三种情
5、况计算压气机所需要的理想功率（以想功率（以kWkW表示）：表示）：定温压缩；定温压缩；绝热压缩（设绝热压缩（设=1.4=1.4）；）；多变压缩（设多变压缩（设n=1.2n=1.2）。）。解:(1)定温压缩(ysu)(2)绝热压缩(ysu)(3)多变压缩第11页/共52页第十二页，共52页。解多变指数(zhsh)根据p1V1n=p2V2n，可得：空气为p1=1bar，T1=323K，V1=0.1m3，按多变过程(guchng)压缩至p2=8bar，V2=0.02m3。试求：多变指数；压气机消耗功；压缩终点空气温度；压缩过程(guchng)中传出的热量。例题(lt)7.1第12页/共52页第十三页
6、，共52页。压气机的耗功压气机的耗功=1.292(80.02-10.1)105/(1.292-1)=1.292(80.02-10.1)105/(1.292-1)=26.548kJ=26.548kJ压缩压缩(ysu)(ysu)终温终温根据根据p1V1n=p2V2np1V1n=p2V2n，可得：，可得：第13页/共52页第十四页，共52页。压缩过程传热量根据题设可知(kzh)空气质量m为：根据能量方程，有：=0.1081.004(516.8-323)-26.548=-5.534kJ第14页/共52页第十五页，共52页。余隙容积余隙容积余隙容积余隙容积(rngj)(rngj)对气体压缩循环的影响对气
7、体压缩循环的影响对气体压缩循环的影响对气体压缩循环的影响 第15页/共52页第十六页，共52页。为了(wile)运转平稳，避免活塞与进排气阀碰撞，留有空隙，称为余隙容积Vc压缩(ysu)过程排气，状态(zhungti)未变残留气体膨胀进新气，状态未变余隙比：工程上一般0.030.0812233441V3V1V4Vp第16页/共52页第十七页，共52页。余隙容积余隙容积(rngj)影响影响活塞(husi)排量研究(ynji)VC对排气量和Ws的影响新气量产气量有效吸气量V3V1V4第17页/共52页第十八页，共52页。VC对产气量对产气量(qling)的影响的影响容积(rngj)效率V3V1V4
8、=p2p1增压(zny)比第18页/共52页第十九页，共52页。VC对产气量对产气量(qling)的影响的影响讨论(toln)：（1）p2/p1 ，,v （2）和n，p2/p1v,情况(qngkung)极限v=0。容积效率第19页/共52页第二十页，共52页。VC对理论对理论(lln)耗功耗功的影响的影响设12和43两过程(guchng)n相同功面积12341面积12561面积43564余隙对耗功不影响(yngxing)，但会影响(yngxing)容积效率。第20页/共52页第二十一页，共52页。三台空气压缩机的余隙容积(rngj)比均为6%，进气状态均为0.1MPa，27，出口压力为0.5M
9、Pa，但压缩过程的指数分别为：n1=1.4、n2=1.25、n3=1,试求各压气机的容积(rngj)效率（假设膨胀过程的指数和压缩过程相同）。解：第21页/共52页第二十二页，共52页。某单级活塞式压气机，其增压比为7，活塞排量为0.009m3，余隙比为0.06转速(zhuns)为750r/min(每分钟转数)，压缩过程多变指数为1.3。求（1）容积效率；（2）生产量（kg/h）；（3）理论消耗功率（kW）；（4）压缩过程中放出的热量。已知吸入空气参数为p1=0.1MPa，t1=20，cv=0.718kJ/(kkg)。解：由题意(ty)Vh=0.009m3，=7，=0.06，n=1.3（1）容
10、积(rngj)效率（2）生产量第22页/共52页第二十三页，共52页。（3）（4）第23页/共52页第二十四页，共52页。气体气体(qt)多级压缩及多级压缩及级间冷却级间冷却减小气体(qt)压缩过程中多变指数n：（1）水套冷却（2）多级压缩及级间冷却低压(dy)气缸等温线第24页/共52页第二十五页，共52页。多级压缩多级压缩(y su)及级间及级间冷却装置冷却装置第25页/共52页第二十六页，共52页。两级压缩两级压缩(y su)中间冷中间冷却分析却分析存在(cnzi)最佳中间压力使两个气缸中所消耗的功的总和最小省功第26页/共52页第二十七页，共52页。最佳增压最佳增压(zn y)比的比的
11、推导推导 省功第27页/共52页第二十八页，共52页。最佳最佳(zu ji)增压比的推增压比的推导导 省功省功欲求(y qi)wc最小值最有利中间压力第28页/共52页第二十九页，共52页。最佳最佳(zu ji)增压比的推增压比的推导导省功ws最小值最佳(zuji)增压比可证明(zhngmng)若m级第29页/共52页第三十页，共52页。分级压缩分级压缩(y su)的优点的优点1润滑油要求(yoqi)t160180,高压压气机必须分级第30页/共52页第三十一页，共52页。分级压缩分级压缩(y su)优点优点21.各级气缸的压缩终了(zhnglio)最高温度相等(T2=T3)2.各级所消耗(x
12、ioho)的压缩功相等(wc.1=wc.2)省功z级压缩轴功：wc=zwc.1第31页/共52页第三十二页，共52页。3.每级向外散出的热量相等(xingdng)，而且每级的中间冷却器向外散出的热量也相等(xingdng)。4.分级压缩对提高容积效率有利(yul)，在每一级中升压比缩小，其容积效率比不分级时大。评价(pngji)指标:1.采取冷却措施：压气机的定温效率2.不采取冷却措施：绝热压缩效率第32页/共52页第三十三页，共52页。一台两级压气机示功图如图所示，若此压气机吸入空气的温度是t1=17，压力p1=0.1MPa，压气机将空气压缩到p3=2.5MPa。压气机的生产量为500m3/
13、h（标准状态下），两个气缸中的压缩过程均按多变指数n=1.25进行。以压气机所需要的功量最小作为条件，试求：（1）空气在低压气缸中被压缩后所达到的压力p2；（2）压气机中气体被压缩后的最高温度t2和t3；（3）设压气机转速为250rpm，每个气缸在每个进气冲程(chngchng)中吸入的空气体积V1和V2;（4）每级压气机中每小时所消耗的功W1和W2，以及压气所消耗的总功W；（5）空气在中间冷却器及两级气缸中放出的热量（kJ/h）。第33页/共52页第三十四页，共52页。（1）（2）压气机中空气被压缩(y su)后最高温度（3）每小时(xiosh)吸气量每转一圈吸入空气(kngq)体积第34页
14、/共52页第三十五页，共52页。（4）压气机耗功（5）第35页/共52页第三十六页，共52页。例题例题7.27.2实验室需要实验室需要(xyo)(xyo)压力压力p2=6.0MPap2=6.0MPa的压缩空的压缩空气，应采用一级压缩还是两级压缩？若采用气，应采用一级压缩还是两级压缩？若采用两级压缩，最佳中间压力两级压缩，最佳中间压力p p应为多少？设大气应为多少？设大气压力压力p1=0.1MPap1=0.1MPa，大气温度，大气温度T1=293KT1=293K，n=1.25n=1.25采用中冷器将压缩空气冷却到初温，求压缩采用中冷器将压缩空气冷却到初温，求压缩终了空气的温度终了空气的温度T2T
15、2。解解 采用一级压缩还是采用一级压缩还是(hishi)(hishi)二级压缩，决定于压缩终二级压缩，决定于压缩终温是否超过了规定值。温是否超过了规定值。如采用了一级压缩，则终了温度如采用了一级压缩，则终了温度T2T2为：为：第36页/共52页第三十七页，共52页。显然超过了润滑油允许显然超过了润滑油允许(ynx)(ynx)温度，所以应采用两级温度，所以应采用两级压缩中间冷却。最佳中间压力压缩中间冷却。最佳中间压力p p为：为：两级压缩后的终温两级压缩后的终温T2/T2/则为：则为：第37页/共52页第三十八页，共52页。7.2叶轮式气体压缩叶轮式气体压缩(y su)循环循环第38页/共52页
16、第三十九页，共52页。叶轮式压气机简介叶轮式压气机简介(ji(ji n ji)n ji)活塞式压气机优、缺点(qudin)：缺点(qudin)：单位时间内产气量小转速不高，间歇性吸气与排气，余隙容积的影响优点：转速高；连续吸，排气，运转平稳；没有余隙影响；排气量大缺点：每级压比不高；摩擦损耗大叶轮式式压气机特点：优点：压缩比高第39页/共52页第四十页，共52页。离心式压缩机Centrifugal compressor轴流式压缩机axial-flow compressor分类分类分类分类(fn(fn li)li)螺旋桨螺旋桨压气机压气机燃烧室燃烧室气轮机气轮机蜗轮减速器蜗轮减速器第40页/共5
17、2页第四十一页，共52页。理想气体压缩理想气体压缩理想气体压缩理想气体压缩(y su)(y su)实际过程和水蒸气的压缩实际过程和水蒸气的压缩实际过程和水蒸气的压缩实际过程和水蒸气的压缩(y su)(y su)实际过程实际过程实际过程实际过程 理论(lln)耗功实际(shj)耗功实际多耗功第41页/共52页第四十二页，共52页。7.3气体气体(qt)压缩效率压缩效率第42页/共52页第四十三页，共52页。理想气体(lxinqt)（比热容定值）的绝热内效率绝热内效率(xiol)adiabaticinternalefficiency气压机的定温效率(xiol)为什么热力过程要接近定温压缩？第43页
18、/共52页第四十四页，共52页。例题例题例题例题7.3 7.3 叶轮式压缩机，氮气进口参数为叶轮式压缩机，氮气进口参数为叶轮式压缩机，氮气进口参数为叶轮式压缩机，氮气进口参数为p1=97.2kPap1=97.2kPa，T1=473KT1=473K，出口压力，出口压力，出口压力，出口压力p2=311.11kPap2=311.11kPa，进口处氮气，进口处氮气，进口处氮气，进口处氮气流量流量流量流量qv=113.3m3/minqv=113.3m3/min，绝热压缩效率，绝热压缩效率，绝热压缩效率，绝热压缩效率cs=0.80cs=0.80，略去略去略去略去(l q)(l q)进出口动能差和位能差。已
19、知氮气进出口动能差和位能差。已知氮气进出口动能差和位能差。已知氮气进出口动能差和位能差。已知氮气cp=1.038kJ/(kgK)cp=1.038kJ/(kgK)，Rg=0.297kJ/(kgK)Rg=0.297kJ/(kgK)，k=1.4k=1.4。求：求：求：求：1min1min内压气机可逆绝热压缩的耗功量；内压气机可逆绝热压缩的耗功量；内压气机可逆绝热压缩的耗功量；内压气机可逆绝热压缩的耗功量；1min1min内实际耗功量；内实际耗功量；内实际耗功量；内实际耗功量；1min1min内由于不可逆而多耗功内由于不可逆而多耗功内由于不可逆而多耗功内由于不可逆而多耗功wcwc；若若若若T0=290
20、KT0=290K，求，求，求，求1min1min内做功能力损失内做功能力损失内做功能力损失内做功能力损失ALAL。第44页/共52页第四十五页，共52页。解解 根据根据(gnj)题设，可知压缩终温题设，可知压缩终温T2可表示为：可表示为：氮气(dnq)进口比容v1为：则氮气进口质量(zhling)流量为故1min内压气机可逆绝热压缩的耗功量Wcs为：1min内实际耗功量Wcs/为：第45页/共52页第四十六页，共52页。1min内由于(yuy)不可逆而多耗功wc：wc=Wcs/-Wcs=18.973-15.178=3.795kJ若T0=290K，求1min内做功(zugng)能力损失AL为：按
21、绝热压缩(ysu)效率定义，对于理想气体，实际压缩(ysu)终温T2/为：故气体绝热压缩过程熵变S12为：=126.61.038ln(437.4/293)-0.297ln(311.11/97.2)=8.9099kJ/K1min内做功能力损失AL=T0Siso=T0S12=2938.9099=2610.6kJ第46页/共52页第四十七页，共52页。第47页/共52页第四十八页，共52页。单级活塞式压气机图单级活塞式压气机图单级活塞式压气机图单级活塞式压气机图储气储气罐罐轴轴功功AB第48页/共52页第四十九页，共52页。离心式风机离心式风机(fn j)(fn j)的的结构结构升压(shn y)幅度小，结构简单。风机风机(fn j)实体照片实体照片第49页/共52页第五十页，共52页。大型大型(dxng)(dxng)离心式风离心式风机的结构机的结构第50页/共52页第五十一页，共52页。轴流式压气机的结构轴流式压气机的结构(jigu)(jigu)流量大，结构复杂。普遍使用在航空(hngkng)，轮船，化工第51页/共52页第五十二页，共52页。