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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 能源与动力学院能源与动力学院李井华李井华 本章要求：本章要求： 以活塞式压气机为重点，分析压缩气体生产过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。程的热力学特性。 掌握多级压缩、级间冷却的基本原理掌握多级压缩、级间冷却的基本原理 了解余隙容积对压缩气体过程的影响规律了解余隙容积对压缩气体过程的影响规律 压气机压气机是是 生产压缩气体生产压缩气体 的设备，它不的设备，它不 是动力机，而是动力机，而 是用消耗机械是用消耗机械 能来得到压缩能来得到压缩 气体的一种工气体的一种工 作机。作机。 什么是压气机？什么是压气机？ 压气机的分类：
2、压气机的分类： 按工作原理和构造： 活塞式压气机 叶轮式压气机 特殊引射式压缩器 结构形式结构形式 活塞式活塞式( (往复式往复式) ) 离心式离心式 轴流式轴流式 叶轮式连续流动叶轮式连续流动 出口流量不连续出口流量不连续 压气机的分类：压气机的分类： 压力范围压力范围 通风机通风机 鼓风机鼓风机 压缩机压缩机 0.01 a pMP 0.010.3 aa MPpMP 0.3 a pMP 压气机的分类：压气机的分类： 指什么功指什么功 目的：目的：研究耗功，越少越好研究耗功，越少越好 81 活塞式压气机的压气过程活塞式压气机的压气过程 技术功技术功wtp v 1 2 从热力学观点出发，尽管活塞
3、式和叶轮式的从热力学观点出发，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。 压缩气体的生产过程包括气体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、排耗功应等于压缩过程耗功与进、排 气过程推动功的代数和。气过程推动功的代数和。 tC wvpvpww)( 112212 (1)、特别快，来不及换热。、特别快，来不及换热。 (2)、特别慢，热全散走。、特别慢，热全散走。 (3)、实际压气过程是、实际压气过程是 kn 1 2
4、 p 1 p 1 T 2 n 2 s 2p v T 2 n 2 1 T s 2 p 1 p s 2 可能的压气过程可能的压气过程 s T n nk 1n 2 p 1 p 1 T 2 n 2 s 2p v T 2 n 2 1 T s 2 p 1 p s 2 三种压气过程的参数关系三种压气过程的参数关系 tTtnts www 2T2n2s vvv Tns 0qqq 12T2n2s TTTT 2 ,1 1 ln c Tt T p wwRgT p 三种压气过程功的计算三种压气过程功的计算 最小最小 1 2 ,1 1 1 1 k k c st s pk wwRgT kp 1 2 ,1 1 1 1 n n
5、 c nt n pn wwRgT np 如何导出？如何导出？ 8 82 2 活塞式压气机的余隙影响活塞式压气机的余隙影响 避免活塞与进排气避免活塞与进排气 阀碰撞，留有阀碰撞，留有空隙空隙 p V 1 23 4 C V 余隙容积余隙容积 12压缩过程压缩过程 23排气，状态未变排气，状态未变 34残留气体膨胀残留气体膨胀 41进新气，状态未变进新气，状态未变 p V 1 23 4 Vc Vh V (1)(1)对生产量的影响对生产量的影响 Vh-气缸排量气缸排量(Vh=V1-V3) V-气缸有效进气容积气缸有效进气容积(V=V1-V4) Vc-余隙容积余隙容积(Vc=V3) v-容积效率容积效率
6、(v=V/Vh) 14 13 v h VVV VVV 1343 13 ()()VVVV VV 43 13 () 1 VV VV 34 133 1(1) VV VVV 4 3 1(1) c h VV VV p V 1 23 4 Vc Vh V 余隙容积的影响余隙容积的影响 假设：假设：1 1- -2 2及及3 3- -4 4过程是指数均为过程是指数均为n n的多变的多变 过程过程 1 34 34 () n pV Vp ) 1(1 1 n h c v V V 容积效率与容积效率与余余 隙容积隙容积和和增压增压 比比均有关系均有关系 当压缩机当压缩机一定时，一定时，余隙容积越大，余隙容积越大， 则容
7、积效率越低。则容积效率越低。 当压缩机一定时，当压缩机一定时，越大，则越大，则v越低，越低， 且当且当增大到某一值时，增大到某一值时，v等于零等于零 1 2 1 () n p p 1 n 为增压比为增压比 (2)(2)对理论耗功的影响对理论耗功的影响 p V 1 23 4 V f g 443112gfgfWc面积面积 1 1 1 1 1 4 3 44 1 1 2 11 n n n n p p Vp n n p p Vp n n 1 2 114 1 1 1 2 11 1 ()1 1 11 11 n n c n n n n pn Wp VV np pnn pVmRgT npn 由于由于p1=p4、
8、p3=p2，所以，所以 余隙容积对余隙容积对 理论耗功没理论耗功没 有影响有影响 余隙容积的影响余隙容积的影响 余隙容积的存在，使容积效率降低余隙容积的存在，使容积效率降低 余隙容积的存在，对压缩定量气体的理余隙容积的存在，对压缩定量气体的理 论耗功没有影响论耗功没有影响 余隙容积的存在，对压缩机的实际耗功余隙容积的存在，对压缩机的实际耗功 是有害的是有害的 8-3 多级压缩级间冷却分析多级压缩级间冷却分析 储气罐 冷却水 高压缸 低压缸低压缸 进气口 1 2 p p 有一个最佳增压比有一个最佳增压比 1 2 3 45 2 p 1 p p v 省功省功 1 1 1 1 1 3 4 3 1 1
9、2 1 n n n n p p RgT n n p p RgT n n 最佳增压比的推导最佳增压比的推导 1 2 3 45 4 p 1 p p v 省功省功 III t(n)t(n) www 分级 2 p 2 2 4 n n n n p p p p RgT n n w 11 1 2 1 1 分级分级 1 2 3 45 4 p 1 p p v 省功省功 欲求欲求w分级 分级最小值 最小值 2 0 w p 分级 412 ppp 2 p 2 2 4 n n n n p p p p RgT n n w 11 1 2 1 1 分级分级 最佳增压比的推导最佳增压比的推导 最佳增压比的推导最佳增压比的推导
10、1 p w分级 分级最小值 最小值 412 ppp 最佳增压比最佳增压比 可证明可证明 若若m m级级 24 12 pp pp 2 p 1 2 3 45 4 p 1 p p v 省功省功 2 p 初初 终终 p p p p p pp p p 1 4 1 41 1 2 m p p 初初 终终 分级压缩的其它好处分级压缩的其它好处 T s 1 p 2 p 4 p 1 2 3 4 5 6 45 TT 润滑油要求润滑油要求t160180,高压压气机必须分级高压压气机必须分级 1 2 3 45 4 p 1 p p v 2 p 6 分级压缩的级数分级压缩的级数 1 5 4 p 1 p p v 6 省功省功
11、 分级分级 降低出口温度降低出口温度 多级压缩达多级压缩达 到无穷多级到无穷多级 (1)不可能实现不可能实现 (2)结构复杂结构复杂(成本高成本高) 所以，一般采用所以，一般采用 2 4 级压缩级压缩 T 8 8- -4 4 叶轮式压气机的工作原理叶轮式压气机的工作原理 活塞式压气机的特点：活塞式压气机的特点： 叶轮式压气机的特点：叶轮式压气机的特点： 单位时间内产气量小单位时间内产气量小 间隙性的吸气和排气间隙性的吸气和排气 余隙容积的影响余隙容积的影响 转速比活塞式压气机高转速比活塞式压气机高 能连续不断地吸气和排气能连续不断地吸气和排气 每级的增压比小每级的增压比小 容易造成较大的摩擦损耗容易造成较大的摩擦损耗 轴流式轴流式离心式离心式 叶轮式压气机热力分析叶轮式压气机热力分析 不可逆绝热压缩12 定熵压缩过程12s 理想压缩过程 mjsC sT Ahhw 2212 实际压缩过程 njC T Ahhw 2212 nmmSCC S Ahhww 2222, 叶轮式压气机性能分析叶轮式压气机性能分析 压气机的绝热效率压气机的绝热效率 12 12, , hh hh w w S C SC SC 作业 8-2 8-11
