第八章 压缩机

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4-1 吸气过程
活塞从上止点向下止点移动，气体进入气缸， 活塞从上止点向下止点移动，气体进入气缸， 气缸容积增大，气体压力与外界压力p 气缸容积增大，气体压力与外界压力p1 相等。 相等。
1-2 压缩过程
活塞从下止点向上止点移动，气缸容积变小， 活塞从下止点向上止点移动，气缸容积变小，气 体被压缩，吸气阀关闭，排气阀尚未开启。 体被压缩，吸气阀关闭，排气阀尚未开启。气缸 内气体的质量不变，压力由p1 升高到p2 p2， 内气体的质量不变，压力由p1 升高到p2，比容减 小。
定温压缩： 定温压缩：耗功最小
绝热压缩: 绝热压缩: 耗功最大 实际过程： 实际过程： 多变过程 （耗功介于定温压缩和绝热压缩之间） 耗功介于定温压缩和绝热压缩之间） 对压缩机气缸加强冷却， 对压缩机气缸加强冷却，使实际的压缩 过程尽量接近定温压缩， 过程尽量接近定温压缩，不但能够减少 压缩机的耗功， 压缩机的耗功，而且可以使压缩终点气 体温度不致过高。 体温度不致过高。 活塞式压缩机采用水套冷却时的多变指数为 n=1.2-----1.3 n=1.2---1.3
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p终 p初
i
i级压缩: β = β1 = β 2 = L = βi = 级压缩:
p终 p初
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第三节 叶轮式压缩机
叶轮式压缩机的特点： 叶轮式压缩机的特点： 连续吸、排气体，无余隙容积，转速高， 连续吸、排气体，无余隙容积，转速高，单位 时间内供气量大；一级压缩所提供的压力较小。 时间内供气量大；一级压缩所提供的压力较小。 叶轮式压缩机的适用范围： 叶轮式压缩机的适用范围： 大流量、 大流量、低压力 叶轮式压缩机的分类： 叶轮式压缩机的分类： 离心式 轴流式
一、单级活塞式理想压缩机的工作过程 单级活塞式理想 理想压缩机的工作过程
依靠气体一次流经气缸， 依靠气体一次流经气缸，达到所需的工 作压力；活塞到达上止点时， 作压力；活塞到达上止点时，活塞顶面与缸 盖底面正好接触而不相撞，即两者间隙为零； 盖底面正好接触而不相撞，即两者间隙为零； 气体流进、流出气缸不存在流动阻力的情况。 气体流进、流出气缸不存在流动阻力的情况。
叶轮式压缩机的绝热效率应该保持在 0.8--0.9的范围内 --0.9 0.8--0.9的范围内
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四、最佳增压比和最佳中间压力的确定
确定最佳中间压力和最佳增压比的思想是： 确定最佳中间压力和最佳增压比的思想是： 按照压缩机消耗机械功最少的原则， 按照压缩机消耗机械功最少的原则，对其进行数 学分析求极小值， 学分析求极小值，从而得到对应于耗功极小值的 最佳中间压力和最佳增压比。 最佳中间压力和最佳增压比。 p终 二级压缩: 二级压缩: β = β1 = β 2 = p初 三级压缩: 三级压缩: β = β1 = β 2 = β3 =
第八章 压缩机
压缩机是制造压缩气体的设备。 压缩机是制造压缩气体的设备。
活塞式 压缩机（狭义) 鼓风机 通风机 叶轮式
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第一节 单级活塞式压缩机的工作过程 单级活塞式压缩机的工作过程
单级压缩机的主要部分为活塞、气缸、 单级压缩机的主要部分为活塞、气缸、 吸气阀、排气阀、空气滤清器和空气瓶。 吸气阀、排气阀、空气滤清器和空气瓶。
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第二节 容积效率和多级压缩
余隙容积的存在， 余隙容积的存在，对压缩机的耗功和供 气量都有影响。 气量都有影响。
一、余隙容积对压缩机耗功的影响
理论上， 理论上，余隙容积对压缩机的耗功没有 影响。但实际上由于余隙容积的存在，使压 影响。但实际上由于余隙容积的存在， 缩机活塞往复一次的吸气量减少， 缩机活塞往复一次的吸气量减少，若制造相 同质量和相同压力的压缩气体， 同质量和相同压力的压缩气体，活塞往复次 数要更多。所以余隙容积不能过大。 数要更多。所以余隙容积不能过大。
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一、叶轮式压缩机工作原理
叶轮式压缩机是使气流在流过叶片间的同时获 得高速和升压， 得高速和升压，然后在具有扩压作用的流道中将速 度能转化为压力能（速度降低，压力升高）， ），使压 度能转化为压力能（速度降低，压力升高），使压 力进一步提高。 力进一步提高。
流速增加
流速降低， 流速降低，压力升高
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离心式： 转子被带动旋转之后，空气从叶轮中心部 离心式： 转子被带动旋转之后， 位沿轴向进入叶轮叶片之间， 位沿轴向进入叶轮叶片之间，在离心力的作用下被高 速从叶轮边缘甩出；经过扩压流道，压力升高， 速从叶轮边缘甩出；经过扩压流道，压力升高，速度 降低；再经涡壳，压力进一步升高， 降低；再经涡壳，压力进一步升高，最后排出 轴流式： 轴流式： 气流从一侧经收缩器速度增加，径向流入 气流从一侧经收缩器速度增加， 叶轮；导向叶片使气流沿轴向流动； 叶轮；导向叶片使气流沿轴向流动；在转子上工作叶 片的推动下，气流获得高速；后进入扩压通道， 片的推动下，气流获得高速；后进入扩压通道，速度 降低压力升高；后经扩压器，压力进一步提高， 降低压力升高；后经扩压器，压力进一步提高，最后 排出。 排出。
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压缩机说消耗的机械功等于压缩过程所耗的技术功。 压缩机说消耗的机械功等于压缩过程所耗的技术功。 压缩机耗功的多少，因压缩过程的性质不同而异， 压缩机耗功的多少，因压缩过程的性质不同而异， 它是衡量压缩机性能优劣的主要指标。 它是衡量压缩机性能优劣的主要指标。
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压缩过程有两 种极端情况： 种极端情况：
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15Βιβλιοθήκη 压气机转子透平转子
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二、叶轮式压缩机的耗功
q = ∆h + wt
q=0
动能变化近似为零，势能变化忽略 动能变化近似为零，
wc = −∆h = h1 − h2
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三、叶轮式压缩机的绝热效率
可逆绝热压缩时消耗的机械功为
wc
不可逆绝热压缩时消耗的机械功为
w
' c
wc 绝热效率： 绝热效率：η c = ' wc
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三、单级活塞式实际压缩机的工作过程
4-1 吸气过程
吸气时缸内压力小于外界压力p1
1-2 压缩过程 2-3 排气过程
排气时气缸内压力大于排气道前压力
3-4 余隙容积内高压气体的膨胀过程
为保证活塞在运动中不致碰撞敲击汽缸盖， 为保证活塞在运动中不致碰撞敲击汽缸盖，在活 塞与汽缸盖间有一个很小的余隙， 塞与汽缸盖间有一个很小的余隙，这一余隙的容 积称为余隙容积 余隙容积， 来表示。 积称为余隙容积，用Vo 来表示。
2-3 排气过程
活塞上行到上、下止点间的某一位置时， 活塞上行到上、下止点间的某一位置时，缸内压 力与空气瓶压力相等时，排气阀打开， 力与空气瓶压力相等时，排气阀打开，缸内气体 在定压下排入到空气瓶中。 在定压下排入到空气瓶中。
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二、单级活塞式理想压缩机的耗功计算
Wc = p1V1 + ∫ pdV − p2V2 = Wt
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二、余隙容积对压缩机供气量的影响
增压比
容积效率： 容积效率：
有效吸气容积 V1 -V4 ηv = = VS 气缸工作容积
ηv = 1 − δ ( β − 1)
余隙比
1 n
1、余隙比增加，容积效率降低 余隙比增加， 尽量减小压缩机余隙容积，降低余隙比， 尽量减小压缩机余隙容积，降低余隙比，一般规 定压缩机的余隙比为2%--6% 2%-定压缩机的余隙比为2%--6% 增压比提高， 2、增压比提高，容积效率降低 应严格控制增压比不能过大。增压比越高， 应严格控制增压比不能过大。增压比越高，压缩 终点的气温也越高，当温度超过滑油自燃点时， 终点的气温也越高，当温度超过滑油自燃点时， 滑油就会自燃。 滑油就会自燃。因此压缩终点气体温度不超过 8 160℃， 为宜。 160℃，增压比一般以 β ≤ 7 为宜。
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低 压 缸
p1 → p 2 (中间压力)
冷 却 器
高 压 缸
p 2 → p3
与单级压缩相比， 与单级压缩相比，采用多级压缩和级间冷却 优点是 增压比降低，提高了容积效率； 的优点是：增压比降低，提高了容积效率；压缩 终点温度降低，保证了良好的润滑， 终点温度降低，保证了良好的润滑，提高了工作 可靠性和机器寿命。省功，使得压缩机耗功减少。 可靠性和机器寿命。省功，使得压缩机耗功减少。
三、多级压缩和级间冷却
生产实践中往往需要压缩机提供更高压力的 压缩气体，使得单级增压比超过7 压缩气体，使得单级增压比超过7，此时必须采用 多级压缩和级间冷却。 多级压缩和级间冷却。 比如船舶上启动主机用的压缩空气3MPa左右， 比如船舶上启动主机用的压缩空气3MPa左右， 3MPa左右 如果采用单级压缩，不当容积效率低， 如果采用单级压缩，不当容积效率低，而且压缩 终点温度很高，因此采用的是两级压缩。 终点温度很高，因此采用的是两级压缩。