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1,第八章 压气机的热力过程,2,压气机是生产压缩气体的设备,它不是动力机,而是用消耗机械能来得到压缩气体的一种工作机。压气机中进行的是气体升压过程,不是一个循环。,压气机:,3,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、 医疗、休闲等。,压头高低,通风机表压0.01MPa以下,鼓风机表压0.10.3MPa,压气机表压0.3MPa以上,4,压气机分类 按工作原理,活塞式压头高,流量小,间隙生产,叶轮式压头低,流量大,连续生产,5,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。,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。,6,8-1 单级活塞式压气机的工作原理和理论耗功量,7,理论压气功(可逆过程),指什么功,目的:研究耗功,越少越好,活塞式压气机的压气过程,技术功wt,8,一、工作原理,f1:气体引入气缸,12:气体在气缸内进行压缩,2g:气体流出气缸,输向储气筒,不是热力过程,只是气体的移动过程,气体状态不发生变化,缸内气体的数量发生变化。,f-1和2-g过程,9,(1)特别快,来不及换热。,(2)特别慢,热全散走。,(3)实际压气过程是,可能的压气过程,10,二、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:,压气机耗功,可见压气机耗功以技术功计。,11,二、压气机的理论耗功量,(1)可逆绝热压缩,三种压缩过程耗功量,12,(2)可逆多变压缩,三种压缩过程耗功量,13,(3)可逆定温压缩,三种压缩过程耗功量,14,三种压气过程的参数关系,15,三种压气过程的技术功,数值最小,重要启示,16,8-2 余隙容积的影响,17,避免活塞与进排气阀碰撞,留有空隙,余隙容积,一、活塞式压气机的余隙容积,18,活塞排量,研究余隙容积VC对耗功和产气量的影响,新气量 产气量,有效吸气容积,19,二、余隙容积的影响,(1)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,20,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。,21,(2)余隙容积VC对理论耗功的影响,设12和43两过程n相同,22,余隙容积VC对理论压气功的影响,余隙对单位产气量耗功不影响,p1V=mRgT1,23,83 多级压缩和级间冷却,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:可使压缩过程多变指数小些,耗功大的问题可以解决;压缩终温高得到部分解决; 水套冷却有局限性:叶轮式压气机中无法采用。,考虑容积效率方面会发现容积效率低是单级压缩中无法解决的难题。采用多级压缩和级间冷却可以解决上述三方面的问题。本节以两级压缩、中间冷却为例对此进行探讨。,24,两级压缩中间冷却分析,有一个最佳增压比,25,1. 耗功量计算,设两级压缩的多变指数相同,且,26,2. 最佳增压比,同理,对于m级压缩、级间冷却:,27,采用最佳增压比的好处,(1)每级压气机所需的功相等,有利于压气机曲轴的平衡; (2)每个气缸中气体压缩后所达到的最高温度相同; (3)每级向外排出的热量相等; (4)各级气缸容积按增压比递减;,28,3.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:,29,其他需要注意的地方:,润滑油要求t160180,高压压气机必须分级,30,分级压缩的级数,省功,分级 冷却,降低出口温度,多级压缩达到 无穷多级,(1)不可能实现,(2)结构复杂(成本高),所以,一般采用 2 4 级压缩,减少余隙容积的影响,
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