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第八章 压气机的热力过程,1,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：,2,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,3,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,4,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。,5,8-1 单级活塞式压气机的工作原理和理论耗功量,6,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,7,一、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,8,(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,9,二、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。,10,二、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,11,（2）可逆多变压缩,三种压缩过程耗功量,12,（3）可逆定温压缩,三种压缩过程耗功量,13,三种压气过程的参数关系,14,三种压气过程的技术功,数值最小,重要启示,15,8-2 余隙容积的影响,16,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,17,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,18,二、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,19,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。,20,（2）余隙容积VC对理论耗功的影响,设12和43两过程n相同,21,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=mRgT1,22,83 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。,23,两级压缩中间冷却分析,有一个最佳增压比,24,1. 耗功量计算,设两级压缩的多变指数相同，且,25,2. 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,（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；,27,3.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：,28,其他需要注意的地方：,润滑油要求t160180,高压压气机必须分级,29,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,30,
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