九压缩机的热力过程

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1、第九章压缩机的热力过程§9-1单级活塞式压缩机的工作原理一.压气机的种类压气机是用于提高气体压力，生产压缩气体的热工设备。压力升高后的气体称为压缩气体。压气机种类多种多样，可按结构、压力级别进行如下分类：按结构分：活塞式(reciprocating piston)、叶轮式[离心式(centrifugal)、轴流式(axial flow)、回转式(rotating)]、引射式(induction)。按压力级别分：通风机（小于115kPa）鼓风机（115-350kPa）压气机（大于350kPa）掌握活塞式压缩机的基本工作原理、压缩轴功的计算

2、方法及其影响因素。研究气体主要热力过程的目的在于提高能量传递与转换过程中能量的有效利用程度。现就“气体的压缩”问题，探讨减少能量消耗的基本途径。二.单级活塞式压气机的工作原理以活塞式压气机为例，分析其热力过程能量传递及转换规律。１工作原理如图所示，工作过程包括：１－２压缩过程：吸、排气阀关闭，消耗机械功，使活塞由右死点向左死点移动，体积减小，压力升高至所要求的压力p２时，排气阀打开（定温、绝热、多变压缩三种）。２－３排气过程排气阀打开，吸气阀关闭，活塞继续向左死点移动，压缩气体排到储气罐或输气管道，直至左死点，排气阀关闭，排气过程结束。此

3、间，气体压力不变３－４膨胀过程：高压气体不可能全部排出，因此在活塞开始由左死点向右死点移动时，吸气阀不可能打开，高压气体膨胀并通过活塞连杆向外界输出轴功，直至气体压力降为p１，吸气阀打开为了运转平稳、避免活塞与气缸盖撞击、便于安装吸、排气阀等，当活塞位于左死点时，活塞顶面与缸盖之间必须留有一定的空隙，称之为余隙容积。４－１吸气过程：吸气阀打开，活塞继续向右死点移动，外界低压气体进入气缸，直至活塞达到右死点。这样，活塞不断地往复运动，即可连续地将低压气体转变为高压气体。注意：只有压缩过程１－２和膨胀过程３－４是热力过程，而在另外两个过程（２

4、－３、４－１）中气体热力状态并不发生变化。因此上述ｐ－Ｖ图不是状态参数座标图，而称为示功图。２压气机基本参数p-V图余隙容积Ｖ3（clearance）活塞排量（又称理论吸气量）Ｖ１－Ｖ３（piston displacement）有效吸气量Ｖ１－Ｖ４三§9-2.压气机的理论压缩轴功一、理论压气过程理想压气过程是指①压缩过程是可逆过程；②气缸无余隙容积存在；③吸、排气阀无阻力，排气压力等于储气压力。２理论压缩轴功压气机在理想工作过程中，压送气体所消耗的轴功称为理论压缩功。压气机整体可看作一稳定流动系统，所消耗的是技术功。理论压气功计算式应为Ｗ

5、c＝∫21－Ｖｄｐ显然，Ｗc与压缩过程的性质有关。一般压气过程有三类：⑴定温压缩（气缸充分冷却）Ｗc,T＝ｍＲＴ1ln（ｐ1／ｐ2）⑵定熵压缩（气缸绝热）Ｗc,s=k(ｐ1Ｖ1-ｐ2Ｖ2)/(k-1)=kmRT1/(k-1)[１-(ｐ2/ｐ1)(k-1)/k]⑶多变压缩（有一定的冷却措施，处于充分冷却和绝热之间）Ｗc,n＝n(ｐ1Ｖ1－ｐ2Ｖ2)/(n-1)=nmRT1/(n-1)[1-(ｐ2/ｐ1)(n-1)/n]３分析:⑴对于相同升压比β（＝ｐ2／ｐ1），以上三类压缩过程理论压气功大小如图所示，显然Ｗs,T〈Ｗs,n〈Ｗs,s从压气过

6、程Ｔ－ｓ图中也可以看出，排气温度 Ｔ2,T<Ｔ2,n<Ｔ2,s定温压缩过程是最有利的，耗功最小，排气温度最低；而定熵压缩最为不利。但在定温压缩过程中需要有充分冷却措施，在工程实践中是难以实现的。因此实际压气机的压气过程均是多变压缩。其中ｎ值越接近于１即压气过程越接近于定温过程，说明压气机的性能越好。⑵相同升压比β时，Ｔ１越高，压气机耗功越大。４实际压气轴功实际压气机所耗轴功是不能用上述公式计算的，可采用两种计算方法，一是引入机械效率ηi，此时Ｗｓ＝Ｗo／ηi；二是利用稳定流动能量方程Q=△H＋Wt，即Ｗt＝Ｑ－△Ｈ。如：定温压缩过程－Ｗs

7、,t＝－ＱT，定熵压缩－Ｗs,s＝Ｈ2－Ｈ1，多变压缩－Ｗs,n＝－Ｑｎ＋（Ｈ2－Ｈ1）二、容积效率（一）.对排气量的影响１气缸容积的有效利用程度减小余隙容积Ｖ３的存在使得压气机气缸容积有效利用程度下降。气缸有效容积由(Ｖ１－Ｖ３)减少至(Ｖ１－Ｖ4)。２容积效率（Volumetric Efficiency）引入容积效率λv来描述气缸容积的有效利用程度。λv=(有效吸气容积)/(工作容积)=(V１－V4)/(Ｖ１－Ｖ３)=1－δ[(p2/p1)1/n－１]=1－δ[β1/n－１]⑴显然对于结构一定的压气机，因余隙容积的存在随着增压比β（＝

8、p2/p1）的增加将使得气缸有效容积（即一个吸气、压气、排气工作循环的产气量）下降，当ηv＝０时，将没有压缩气体产出，所以一般单级增压比最高为β＝８－１０。⑵余隙容积δ越大，ηv越小。二.对理