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1、第八章第八章 压气机的热力过程压气机的热力过程Processes in Compressor 8-1 概述概述8-2 单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量8-3 余隙容积的影响余隙容积的影响8-4 多级压缩和级间冷却多级压缩和级间冷却8-5 叶轮式压气机工作原理叶轮式压气机工作原理1压缩气体的用途：压缩气体的用途：动力机、风动工具、制冷工程、化学工业、潜水作业、动力机、风动工具、制冷工程、化学工业、潜水作业、医疗、休闲等。医疗、休闲等。81 概概 述述压头高低压头高低 通风机通风机表压表压0.01MPa以下以下鼓风机鼓风机表压表压0.10.3MPa压气机压气
2、机表压表压0.3MPa以上以上2压气机分类压气机分类按工作原理按工作原理活塞式活塞式压头高，流量小，间隙生产压头高，流量小，间隙生产叶轮式叶轮式压头低，流量大，连续生产压头低，流量大，连续生产3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不是循环压气机不是动力机，压气机中进行的过程不是循环482 单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量一、工作原理一、工作原理 0-1：吸气，传输推动功：吸气，传输推动功p1v12-3：排气，传输推动功：排气，传输推动功p2v2压气机耗功：压气机耗功：注意注意：压气
3、机生产量通常用单位时间里生产气体的标准压气机生产量通常用单位时间里生产气体的标准 立方米表示，不同于进气或排气状态。立方米表示，不同于进气或排气状态。1-2：压缩，耗外功：压缩，耗外功5二、二、理论耗功理论耗功 wC取决于初、终态及过程特征取决于初、终态及过程特征1.绝热压缩绝热压缩2.等温压缩等温压缩3.多变压缩多变压缩6讨论讨论：a）理想压缩是理想压缩是 等温压缩等温压缩 b）通常为多变压缩通常为多变压缩,1n 思考思考 自行车轮胎压力通常应维持在自行车轮胎压力通常应维持在0.25 MPa左右，用手动打气左右，用手动打气 筒向轮胎充气时用湿毛巾包在打气筒外壁，会有什么后果？筒向轮胎充气时用
4、湿毛巾包在打气筒外壁，会有什么后果？7 例：例：某单级活塞式压气机吸入空气参数为某单级活塞式压气机吸入空气参数为p p1 1=0.1Mpa=0.1Mpa，t t1 1=50=50o oC C，V V1 1=0.032m=0.032m3 3，经多变压缩，经多变压缩p p2 2=0.32Mpa=0.32Mpa，V V2 2=0.012m=0.012m3 3.求：（求：（1 1）压缩过程的多变指数；（）压缩过程的多变指数；（2 2）压缩终）压缩终了空气温度；（了空气温度；（3 3）所需压缩功；（）所需压缩功；（4 4）压缩过程中传出的）压缩过程中传出的热量。热量。解：（1）多变指数）多变指数（2）空
5、气终温空气终温8（3）压缩功）压缩功（4）过程热量）过程热量983 余隙容积的影响余隙容积的影响一、余隙容积（一、余隙容积（clearance volume）产生原因产生原因布置进、排气结构布置进、排气结构制造公差制造公差部件热膨胀部件热膨胀几个名词：几个名词：气缸工作容积气缸工作容积(活塞排量活塞排量)Vh(=V1V3)（cylinder displacement;stroke volume;piston displacement;piston swept volume）余隙容积余隙容积Vc（=V3）有效吸气容积有效吸气容积Ves（=V1V4）余隙容积比余隙容积比(clearance-to-
6、piston displacement ratio)=Vc/Vh10生产过程：生产过程：1-2 质量质量m1气体压缩：气体压缩：p1p2 2-3 气体排向储气罐气体排向储气罐3-4气体膨胀气体膨胀p2 p14-1气体吸入气缸气体吸入气缸生产量生产量(每周期每周期)：11二、余隙容积对生产量的影响二、余隙容积对生产量的影响容积效率容积效率（volumetric efficiency）讨论：讨论：12三、余隙容积对理论耗功的影响三、余隙容积对理论耗功的影响13即即余隙对理论耗功无影响余隙对理论耗功无影响（实际上还是使耗功增大）。（实际上还是使耗功增大）。归纳：归纳：余隙存在使余隙存在使 1）生产量
7、下降）生产量下降 2）实际耗功增大）实际耗功增大所以余隙容积是所以余隙容积是有害容积有害容积14 思考题：既然余隙容积有不利影响，是否可能消除它？答：1、活塞周期运动时，由于摩擦和压缩气体时产生热量，使活塞受热膨胀，产生径向和轴向的伸长，为了避免活塞与汽缸端面发生碰撞事故及活塞与缸壁卡死，故用余隙容积来消除。2、对压缩含有水滴的气体，压缩时水滴可能集结。对于这种情况，余隙容积可防止由于水不可压缩性而产生的水击现象。3、制造精度及零部件组装，与要求总是有偏差的。运动部件在运动过程中可能出现松动，使结合面间隙增大，部件总尺寸增长。15 84 多级压缩和级间冷却多级压缩和级间冷却一、多级压缩一、多级
8、压缩分级压缩分级压缩（multistage compression），级间冷却级间冷却（intervening cooling）。工程上需要高压气体，工程上需要高压气体，但压缩过程中但压缩过程中随随 p 升高升高T 升高；升高；V 下降。为使下降。为使16二、理论耗功分析二、理论耗功分析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17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
9、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各缸终温中最高者，有利于润滑油工作及使可靠性增加。性增加。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）18 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，于体积庞大，系统复杂，可靠性下降，一般一般2-4级。级。3）定温效率）定温效率(isothermal efficiency)4）真空泵）真空泵(vacuum pump)的实质也是压气机，是出口压力的实质也是压气机，是出口压力为恒
10、值为恒值环境压力，进气压力不断降低的压气机。环境压力，进气压力不断降低的压气机。1985 叶轮式压气机工作原理叶轮式压气机工作原理 一、简介一、简介 叶轮式压气机叶轮式压气机(turbo-compressor)：转速高；连续吸，排气，运转平稳；排气量大转速高；连续吸，排气，运转平稳；排气量大 没有余隙影响；但每级压比不高。没有余隙影响；但每级压比不高。二、叶轮式压气机热力学分析二、叶轮式压气机热力学分析由于排量大，运转快，难冷却，可作由于排量大，运转快，难冷却，可作绝热压缩绝热压缩考虑。考虑。离心式压气机离心式压气机centrifugal compressor轴流式压气机轴流式压气机axial
11、-flow compressor20理论耗功理论耗功实际耗功实际耗功实际多耗功实际多耗功绝热内效率绝热内效率(adiabatic internal efficiency)理想气体理想气体21 例：叶轮式压缩机，氮气进口参数叶轮式压缩机，氮气进口参数p1=0.0972MPa，t1=20，出出 口压力口压力p2=311.11kPa，进口处氮气流量，进口处氮气流量 压气机压气机绝热效率绝热效率 C,s=0.80，略去进出口动能差和位能差，略去进出口动能差和位能差，求：求：1）压气机定熵压缩的耗功量）压气机定熵压缩的耗功量;2）实际耗功量）实际耗功量;3）由于不可逆而多耗功）由于不可逆而多耗功 wt;4）作功能力损失）作功能力损失I。t0=20 。已知氮气22解：（1）（2）（3）23（4）下一章24