ch9知识资料压气机的热力过程

p0p2pbpcr①②③①环境压力正好等于临界压力——出口p2=pcr=pb②环境压力高于临界压力——出口p2=pb③环境压力低于临界压力——出口p2=pcr压力分布pLX=LX0

第九章压气机的热力过程

压缩空气有大量的需求消耗动力，制造压缩空气，以供动力工程、冶金、大中型内燃机、风动工具、化工、潜水、医疗等等各类使用。压缩空气有大量的需求消耗动力，制造压缩空气，以供动力工程、冶金、大中型内燃机、风动工具、化工、潜水、医疗等等各类使用。压气机的工作原理和结构分类：活塞式压气机叶轮式压气机特殊引射式压缩器按动作原理与构造分类：通风机

表压0.01MPa以下鼓风机

居于中间值压气机

表压0.3MPa以上按压缩气体压力分类：真实压力=表压力+大气压力本章主要内容：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。从热力学观点出发，尽管活塞式和叶轮式的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。第一节单级活塞式压气机的工作原理和理论耗功量(可逆条件下)◆f→1：气体引入气缸◆

1→2：气体在气缸内进行压缩◆

2→g：气体流出气缸，输向储气筒

一、工作原理（过程）◆

f→1和2→g过程不是热力过程，只是气体的移动过程，气体状态不发生变化，只是缸内的气体发生数量变化。◆只有1→2是热力过程。1→2过程热力过程，气体的参数发生变化。过程耗功量可由图中过程线1→2与V轴所包围的面积表示。有两种极限情况：绝热过程1→2s

（快，无传热，有温升）定温过程1→2T

（慢，有传热，无温升）实际压缩过程1→2n介于其间（有传热，有无温升）？T-s图1→2过程热力过程，气体的参数发生变化。过程耗功量可由图中过程线1→2与V轴所包围的面积表示。有两种极限情况：绝热过程1→2s

（快，无传热，有温升）定温过程1→2T

（慢，有传热，无温升）实际压缩过程1→2n介于其间（有传热，有无温升）二、压气机的理论耗功压气机耗功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、排气过程推动功的代数和，即技术功：可见，压气机耗功以技术功wc来计。三种可逆压缩过程耗功量（1）可逆绝热压缩（2）可逆多变压缩（3）可逆定温压缩三种压缩过程的耗功量比较三种压缩过程的耗功量比较•绝热压缩温度升高，不利于机器；•绝热压缩后比体积较大，也不利于储气。◆因此，应尽量向等温压缩接近。第二节多级压缩和级间冷却由前所述，等温压缩最有利，因设法使n接近1。使用“水套冷却”和“多级压缩级间冷却”方法，就是上述目的。一、“多级压缩+级间冷却”压气机低压气缸吸入气体e-1低压气缸气体压缩1-2气体排出低压气缸2-f压缩气体进中间冷却器f-2；冷却后气体排出冷却器2’-f；气体在冷却器定压放热2-2’，T2’=T1冷却后气体进入高压气缸f-2’压缩后气体排出高压气缸进入储气筒3-g高压气缸中气体压缩2’-3不分级压缩消耗功：e13’ge分级压缩消耗功：e12fe+f2’3gf分级压缩可省功：2’23’32（阴影面积）以此类推，压缩级数越多越接近定温压缩过程。二、两级压缩、中间冷却分析耗功量:设两级压缩的多变指数相同，则低压缸高压缸最佳增压比令：则各级增压比相同，各级耗功相同。同理，对于m级压缩、级间冷却：压气机总耗功为：多级压气机的设计原则与特点每级压气机所需的功相等，有利于压气机曲轴的平衡每个气缸中气体压缩后所达到的最高温度相同每级气缸和冷却器向外排出的热量相等各级气缸容积按增压比递减分级压缩使每级压缩比减小，有利于容积效率的提高压气机定温效率

活塞式压气机无论是单级或多级压缩都应尽可能采用冷却措施，力求接近定温过程。工程上采用压气机的定温效率来作为活塞式压气机性能优劣的指标：可逆定温压缩消耗功实际压缩消耗功第三节余隙容积的影响一、余隙容积(加工、安装、材料要求)当活塞运动到上死点位置时，活塞顶面与气缸盖间留有一定的空隙，为余隙容积Vc，Vh为气缸排量：3→4为余隙容积剩余气体的膨胀过程（多变过程，此时不能进气）；4→1为有效进气（4才等于外压力）。制造公差、冷热胀缩、安装零件二、余隙容积的影响（1）生产量有效吸气容积：容积效率：实际吸气量气缸排量增压比π容积效率：结论：余隙容积百分比Vc/Vh和多变指数n一定时，增压比越大，则容积效率越低，且当增加到一定值时容积效率为零。增压比一定时余隙容积百分比越大，容积效率越低。（2）理论耗功量：可见，如果增压比相同，有余隙容积的理论消耗功与无余隙容积时的相同，即：余隙不影响理论功量。但是余隙容积影响容积效率，浪费空间。第四节叶轮式压气机的工作原理一、叶轮式压气机工作原理离心式一、叶轮式压气机工作原理活塞式压气机缺点是单位时间产气量小，受间隙吸气排气以及余隙容积的影响。叶轮式压气机可以弥补这个缺陷，结构紧凑，产气量大。但是每一级的增压比小，对于高压要求，需要设计的级数比较多；摩擦损耗比较大；设计制造要求高。与其同轴安装的压气机叶轮工作，新鲜空气在压气机内增压后进入气缸。涡轮增压的最大优点是燃油经济性好，并可大幅度降低有害气体的排放和噪声水平。缺点是低速时排气能量低，增压效果差，低速加速性能较差。（涡轮增压型汽车跑城市与高速公路的不同点在于此）将发动机发出的废气引入涡轮机，废气的能量推动涡轮机叶轮旋转，并带动轴流式气流进入压气机经收缩器提高初速气流被导流片改为轴向运动动叶片推动气流产生高流速逐级增压，最后经扩压气出口排出高速气流经定叶片减速并增压冷却后气体进入高压气缸f-2’增压过程——二、叶轮式压气机分析理想压缩过程定熵压缩过程1→2s实际压缩过程（特点）不可逆绝热压缩1→2’多耗功：压气机的绝热效率因叶轮式压气机一般不冷却，所