第九章压气机的热力过程资料课件

n n9-0 压气机的分类压气机的分类 压气机压气机消耗外功使气体升压的设备。消耗外功使气体升压的设备。活塞式活塞式 按工作原理及构造分按工作原理及构造分 叶轮式叶轮式 引射式引射式 离心式离心式 按构造，叶轮式压气机又可分为按构造，叶轮式压气机又可分为 轴流式轴流式 回转容积式回转容积式 活塞式活塞式适用于高压小排量适用于高压小排量 轴流式轴流式低压，大排量低压，大排量第九章第九章压气机的热力过程压气机的热力过程34压缩气体的用途：压缩气体的用途：动动力机、力机、风动工具、制冷工程、工具、制冷工程、化化学工学工业、潜水、潜水作业、作业、医医疗、休休闲等。等。概述概述n n按使用场合及适用压力范围，压气机又分：通风机，P115KPa 鼓风机，115KPaP350KPa研究压气机压气过程的目的是通过分析不同压气过程的耗功，从而找出省功压气的途径。9-1单级活塞式压气机的工作原理和理论耗功单级活塞式压气机的工作原理和理论耗功FannerFanCompressorn n9-1-1 单级活塞式压气机工作原理单级活塞式压气机工作原理 工作过程：（a）吸气（b）压缩（c）排气 理想压气过程：活塞与气缸塞不存在余隙压缩过程可逆气流进出阀门时无阻力损失P1,T1不变，dm0P2,T2不变，dm0dm=0则在此条件下的压气过程称为理论压气过程。压气过程中，压缩终态与初态的压力之比称为升压比，用符号 表示n n9-1-2 理论压气轴功的计算理论压气轴功的计算显然，压气机的轴功即为技术功 一般地，根据压气过程进行的情况，一般的压气过程又可分为：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：目的：研究研究耗功耗功，越少越好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wtMinimizingworkinput(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可能的压气过程可能的压气过程sTn 定熵过程定熵过程定熵过程定熵过程压气过程进行快，来不及与外界进行压气过程进行快，来不及与外界进行热交换；热交换；定温过程定温过程定温过程定温过程有冷却，或压气过程进行的较慢，与有冷却，或压气过程进行的较慢，与外界有充分的热交换；外界有充分的热交换；多变过程多变过程多变过程多变过程一般压气过程；一般压气过程；实际的压气过程为介于绝热和定温两过程之间的实际的压气过程为介于绝热和定温两过程之间的多变过程：多变过程：PVPV图上，由于等温过程线与图上，由于等温过程线与P P轴所围成的面积最轴所围成的面积最小，故等温压缩所消耗的外功最少。小，故等温压缩所消耗的外功最少。等温压缩耗功等温压缩耗功图示，绝热过程耗功绝热过程耗功 多变过程耗功多变过程耗功 在TS图上可见，等温压缩不仅耗功少，而且终温低，故气体压缩应尽可能在等温条件下进行（压缩终温低可避免润滑油的烧结）。例例1：理想的活塞式压气机吸入空气并将其压到,设压缩指数为n=1,n=1.25,n=k=1.4过程可逆，求压气机功耗。分析：(1)n=1，等温压缩：(2)n=1.25，多变压缩：(3)n=1.4，绝热压缩：可见，等温压缩耗功最省，绝热压缩耗功最多，多变压缩介于两者之间13讨论：讨论：a）理想压缩是等温压缩b）通常为多变压缩,1nk思考题：思考题：自行车压力通常应维持在自行车压力通常应维持在0.25MPa左右，用手动左右，用手动打气筒向轮胎充气时用湿毛巾包在打气筒外壁，会有什么后果？打气筒向轮胎充气时用湿毛巾包在打气筒外壁，会有什么后果？*当压缩气体不能按理想气体计算时当压缩气体不能按理想气体计算时，则若过程可逆，则（等温）（绝热）若过程不可逆，则定义等温效率为可逆等温压缩的耗功与不可逆放热压缩的耗功之比。等温效率用于评价活塞式压气机性能的主要参数。例2 压气机压缩空气，初态 可逆多变压缩至 然后排出，求：多变指数、压缩终温、压 缩过程与外界交换的热量和功量 分析：分析：气缸中空气质量 多变过程，多变过程热交换量 气体与外界交换的容积功 压气机消耗轴功189-2余隙容积的影响余隙容积的影响一一.余隙容积余隙容积clearancevolume原因：原因：防止排气时，活塞比与气缸壁碰撞，引起事故。防止排气时，活塞比与气缸壁碰撞，引起事故。压气机余隙容积的存在，则余隙容积残留气体在工作中压气机余隙容积的存在，则余隙容积残留气体在工作中产生气垫作用，增强压气机在运行中的平稳性。产生气垫作用，增强压气机在运行中的平稳性。必然存必然存在：水蒸气凝结，工质温度的不同在：水蒸气凝结，工质温度的不同余余隙隙容容积积：空空气气压压缩缩机机在在排排气气时时，活活塞塞位位于于上上死死点点位位置置，它它和和气气缸缸壁壁保保留留一一部部分分空空间间，这这些些空空间间叫叫作作余余隙容积隙容积191-2质量质量m1气体压缩：气体压缩：p1p22-3气体排向储气罐气体排向储气罐3-4气体膨胀气体膨胀p2p14-1气体吸入气缸气体吸入气缸生产量生产量(每周期每周期)：二二.工作过程工作过程20活塞排量活塞排量Vh=V1V3余隙容积余隙容积Vc=V3有效吸气容积有效吸气容积Ves=V1V4余隙容积比余隙容积比C=Vc/Vh三三.余隙容积对生产量的影响余隙容积对生产量的影响1、几个概念、几个概念21三三.余隙容积对生产量的影响余隙容积对生产量的影响2、容积效率、容积效率volumetricefficiency讨论：22四四.余隙容积对理论耗功的影响余隙容积对理论耗功的影响n n9-2-2 余隙容积存在对理论轴功的影响余隙容积存在对理论轴功的影响 无余隙容积存在时，即理想压缩过程，其理论轴功为 存在余隙时，轴功若余隙容积的膨胀过程视为多变过程，则有 若视压气过程和余气膨胀过程的多变指数相等，即n=n，则存在余隙时的压气轴功为n n又则有 可见，不论是否存有余隙，压缩相同排量的气体至同样的增压比，压气机耗功与无余隙时一致，但因存在余隙容积影响，压缩同样排量的气体需采用较大尺寸的气缸。显然若保持Vc定值，随升压比升高，Ve减少，v亦降低；存在余隙容积对压 气机工作是不利的，不论是对压气机尺寸 的要求还是升压比（单级）的提高而言，因为存在余隙容积，单级压气机的升压比通常不超过89。余隙影响例题余隙影响例题已知：已知：求求（1）有余隙时的有余隙时的排气量排气量和和耗功耗功（2）无余隙时的无余隙时的排气量排气量和和耗功耗功解：解：（1）有效容积有效容积例题例题(1)有余隙影响有余隙影响余隙影响例题余隙影响例题解：（解：（2）无余隙时的无余隙时的排气量排气量和和耗功耗功9-3多级压缩和级间冷却多级压缩和级间冷却n n9-3-1单级压缩的不足及多级压缩的便利单级压缩的不足及多级压缩的便利 对于单级压气机，压缩终温 升压比越大，则终温T2亦越大，于是会影响气缸润滑油性能，对压缩不利。且如图所示123为等温线，123”为单级压缩，使 压力由P1升至P3 而多级压气过程 使压力由P1升至P3可由1-2-2-3实现，其中2-2为单级压气后气体定压冷却过程。理论上，等温压缩耗功最省，压气过程越接近于等温过程，其功耗越少。图示的理想压气过程中，等温过程功耗 单级压缩功耗 多级压缩中间冷却功耗 显然，多级压缩耗功比单级压缩耗功减少，减少量约等于面积2233”2。可见，多级压缩中间冷却不仅能够降低压缩终温，而且压缩至同样的升压比可以减少功耗，在PV图和TS图上可表示为：n n9-3-2 多级压缩最佳中间压力的确定多级压缩最佳中间压力的确定 以两级压缩为例，先计算总轴功 一级压缩耗功 二级压缩耗功而 n n由于每级压缩的吸气温度一样，则n n ，于是，多级压缩n n总功耗为n n如假定每级压缩多变指数相同，中间冷却后n nT2=T1一般地，压气过程中初压P1和终压P3均是事先给定，于是压缩轴功仅随中间压力P2而变化，最佳中间压力P2应是能使 值为最小，即 微分后可得即当每级升压比相等时，压缩总耗功最少。以此类推，对于多级压缩，每级升压比为压缩终压压缩终压气体初压气体初压（1 1）每级压缩排气温度。依假定，每级压缩吸气）每级压缩排气温度。依假定，每级压缩吸气温度一样，即温度一样，即 即各级气缸排气温度相等即各级气缸排气温度相等n n其他参数计算其他参数计算(2)各级压气过程压气机所消耗的轴功.对于多变压缩 因各级压气过程进、排气温度均相等，故进气温度进气温度排气温度排气温度n n那么多级压缩（n级）总功耗n n即其消耗的总轴功为单级压缩的n倍。压气机若已实现等温压缩，是否还有必要进行分级压缩，中间冷却，为什么？答：需要，虽然实现等温压缩后耗功最小，但若压比过大，V仍很小，分级后有助于提高V，如图。若以p1=0.1MPa，p2=2.5MPa=0.04计算单级压缩二级压缩工程上，因活塞式压缩机定温压气过程耗功最少，常用定温效率定温效率来衡量压气机的功率及压气性能优劣。例例9-3，已知，空气初态 经过三级压缩，压力提高到P4=12.5MPa。定温压气耗功实际压气耗功 假定各气缸进气温度相同，压缩指数均为n=1.25，求：生产1压缩空气的 及各级排气温度；若改用单级压气机压气，一次压缩到P4=12.5MPa，压缩指数亦为n=1.25，求Wt，排气温度及 分析：先求增压比 因各级气缸进气温度相同，且增压比一样，故排气温度亦相等，即 生产1千克压缩气体的轴功为 若改为单级压缩，则 活塞式压气机，终温升高至3000C以上在实践中是不可行的。由于 例某大学实验室需4.9MPa压缩空气源，据市场调查，目前市售活塞式压气机余容比叶轮式压气机绝热效率cs=0.85，试提出初步方案及必要的分析计算（已知T0=290K，p0=0.1MPa）。解：中间压力及压力比容积效率因为两级压气机相同，n相同，所以 vL=vH=0.861若一级压缩，则若叶轮式压气机可以实施如此大之压比，则所以，从以上数据（及另外储气筒容积）等分析，采用活塞式压缩机两级压缩中间冷却设计方案较合适。人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。