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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1压气机压气机是生产压缩气体的设备，是生产压缩气体的设备，它它不是动力机不是动力机，而是用，而是用消耗机械能消耗机械能来来得到压缩气体的一种工作机。压气机得到压缩气体的一种工作机。压气机中进行的是气体中进行的是气体升压升压过程，过程，不是一个不是一个循环循环。压气机：压气机：2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、潜水作动力机、风动工具、制冷工程、化学工业、潜水作业、业、 医疗、休闲等。医疗、休闲等。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压气机压气机表压表
2、压0.3MPa以上以上3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4 从热力学观点出发，尽管活塞式和叶轮式从热力学观点出发，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。的状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。气体生产过程的热力学特性。58-1 单级活塞式压气机的工单级活塞式压气机的工作原理和理论耗功量
3、作原理和理论耗功量6理论压气功理论压气功(可逆过程可逆过程)指什么功指什么功目的：研究耗功，越少越好目的：研究耗功，越少越好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wt7一、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，输向储气筒气筒不是热力过程不是热力过程，只是气体的移动过程，只是气体的移动过程，气体状气体状态不发生变化态不发生变化，缸内气体的数量发生变化。，缸内气体的数量发生变化。f-1和和2-g过程过程8(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
4、全散走。(3)实际压气过程是实际压气过程是 可能的压气过程可能的压气过程sTn9二、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：进、排气过程推动功的代数和： 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。10二、压气机的理论耗功量二、压气机的理论耗功量（1 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11（2 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
5、过程耗功量12（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13 三种压气过程的参数关系三种压气过程的参数关系14 三种压气过程的技术功三种压气过程的技术功数值数值最小最小重要启示重要启示158-2 余隙容积的影响余隙容积的影响16避免活塞与进排气避免活塞与进排气阀碰撞，留有阀碰撞，留有空隙空隙余隙容积余隙容积压缩过程压缩过程排气，状态未变排气，状态未变残留气体膨胀残留气体膨胀进新气，状态未变进新气，状态未变一、活塞式压气机的余隙容积一、活塞式压气机的余隙容积17活塞排量活塞排量研究余隙容积研究余隙容积VC对耗对耗功和产气量的影响功和产气量的影响新气量新气量产气量产气量有
6、效吸气容积有效吸气容积18二、余隙容积的影响二、余隙容积的影响 (1)生产量：生产量：有效吸气容积：容积效率： 余隙容积的存在导致Vh不能被全部利用。增压比增压比19 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，越大，则容积效率越低，且当则容积效率越低，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。20（2）余隙容积）余隙容积VC对理论耗功的影响对理论耗功的影响设设12和和43两过程两过程n相同相同功功面积面积12341面积面积12
7、561面积面积4356421余隙容积余隙容积VC对理论压气功的影响对理论压气功的影响余隙对单位产气余隙对单位产气量耗功不影响量耗功不影响p1V=mRgT12283多级压缩和级间冷却多级压缩和级间冷却单级压缩的不足：单级压缩的不足：(1) n或较大时，压缩终温高；(2) 较大时，容积效率v低；(3) n较大时，耗功大。采用水套冷却的方法：采用水套冷却的方法： 可使压缩过程多变指数小些，可使压缩过程多变指数小些， 耗功大的问题可以解决；耗功大的问题可以解决； 压缩终温高得到部分解决；压缩终温高得到部分解决； 水套冷却有局限性：水套冷却有局限性： 叶轮式压气机中无法采用。叶轮式压气机中无法采用。 考
8、虑容积效率方面会发现考虑容积效率方面会发现 容积效率低是单级压缩中无法容积效率低是单级压缩中无法解决的难题。解决的难题。 采用多级压缩和级间冷却采用多级压缩和级间冷却可以解决上述三方面的问题。可以解决上述三方面的问题。 本节以本节以两级压缩、中间冷两级压缩、中间冷却却为例对此进行探讨。为例对此进行探讨。23两级压缩中间冷却分析两级压缩中间冷却分析有一个最佳增压比有一个最佳增压比241. 耗功量计算耗功量计算设两级压缩的多变指数相同，且252. 最佳增压比最佳增压比同理，对于m级压缩、级间冷却：26采用最佳增压比的好处采用最佳增压比的好处（1）每级压气机所需的功相等，有利于）每级压气机所需的功相
9、等，有利于压气机曲轴的平衡；压气机曲轴的平衡；（2）每个气缸中气体压缩后所达到的最）每个气缸中气体压缩后所达到的最高温度相同；高温度相同；（3）每级向外排出的热量相等；）每级向外排出的热量相等；（4）各级气缸容积按增压比递减；）各级气缸容积按增压比递减；273.压气机定温效率压气机定温效率活塞式压气机无论是单级或多级压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，力求接近缩都应尽可能采用冷却措施，力求接近定温过程。定温过程。工程上采用压气机的定温效率来作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：为活塞式压气机性能优劣的指标：28其他需要注意的地方：其他需要注意的地方： 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29分级压缩的级数分级压缩的级数省功省功分级分级冷却冷却降低出口温度降低出口温度多级压缩达到多级压缩达到无穷多级无穷多级(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减少余隙容积的影响减少余隙容积的影响30
