压气机的理论压缩功

第9章压气机

一、教案设计

教学目标:使学生熟悉压气机热力过程，活塞式压气机工作原理，耗功量计算；余隙容积对压气机性能的影响；多级压缩与级间冷却；叶轮式压气机的工作原理。知识点：活塞式压气机工作原理，耗功量计算；余隙容积对压气机性能的影响；多级压缩与级间冷却；叶轮式压气机的工作原理。

重点：压气机耗功量的计算方法，提高压气机效率的方法和途径。

难点：多级压缩过程中各级增压比的确定，提高压气机效率的方法和途径。教学方式：讲授+多媒体演示+课堂讨论

师生互动设计：提问+启发+讨论

问：余隙容积的存在使压气机产气量下降，对实际耗功有没有影响？。

问：活塞式压气机为什么应采用隔热措施？

问：为什么若实施定温压缩产生高压气体，可不必分级压缩、中间冷却？

问：为什么活塞式压气机适用于高压比、小流量；叶轮式压气机适用于小压比、大流量？

学时分配：2学时

二、基本知识

第一节气体的压缩及压气机的耗功

一、气体压缩

1压气机:用来压缩气体的设备

2.。压气机的分类

1）压气机按其产生压缩气体的压力范围,习惯上常分为：

①通风机（pg<0.01MPa）;

②鼓风机（0.01MPa

③压缩机（pg>0.3Mpa）。

2）按压缩原理和结构分压气机分为:

活塞式、叶轮式（离心式和轴流式）及引射式。

三、压气机的实际耗功（压气机的效率）21

'2'1

cs cs cs w h h w h h η-==

-21

'2'1

cs cs cs w T T w T T η-=

=

-1.压气机的实际耗功

对于理想气体

1

2s

p 1

p 2

s

T

22.压气机的绝热效率

'2'1

cs w h h =-压气机的实际耗功

第二节 单机活塞式压气机

一、单机活塞式压气机工作过程

吸气过程、压缩过程、排气过程。理想化为可逆过程、无阻力损失

.

1．定温压缩轴功的计算

st w =⎰-=2

1vdp w t 1

2

11ln

p p v p - 按稳态稳流能量方程，压气机所消耗的功，一部分用于增加气体的焓，一部分

转化为热能向外放出.

对理想气体定温压缩,表示消耗的轴功全部转化成热能向外放出. st w =T Q 2．定熵压缩轴功的计算,

⎰-=21vdp w t s k k kw p p k kRT =⎥⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=-1

12

111 按稳态稳流能量方程，绝热压缩消耗的轴功全部用于增加气体的焓，使气体温度升高，该式也适用于不可逆过程

3．多变压缩轴功的计算

⎰-=21vdp w t s n n nw p p n nRT =⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=-1

12111 按稳态稳流能量方程，多变压缩消耗的轴功部分用于增加气体的焓，部分对外放热，该式同样适用于不可逆过程

结论: ss

sn st w w w -<-<- T sn s T T T 22>> 可见定温过程耗功最少，绝热过程耗功最多

第三节 活塞式压气机余隙影响

一、余隙对排气量的影响

余隙：为了安置进、排气阀以及避免活塞与汽缸端盖间的碰撞，在汽缸端盖与活塞行程终点间留有一定的余隙，称为余隙容积，简称余隙

活塞式压气机的容积效率：活塞式压气机的有效容积和活塞排量之比，

3

13

41V V V V v ---

=λ

结论：余隙使一部分汽缸容积不能被有效利用，压力比越大越不利。

一、 余隙对理论压缩轴功的影响

⎥⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=-n n s

n p p V V p n n w 1

122111)(1 式中：41V V V -=为实际吸入的气体体积。

结论：不论压气机有无余隙，压缩每kg 气体所需的理论压缩轴功都相同，所以

应减少余隙容积。

1) 如果气体压缩机在汽缸中采取各种冷却方法后，已能按定温过程进行压缩，

这时是否还要采用分级压缩，为什么。

第四节 多级压缩及中间冷却

由

k

k p p T T 1

1212-⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛= 即：压力比越大，其压缩终了温度越高，较高的压缩气体常采用中间冷却设备，

称多级压气机.

最佳增压比：使多级压缩中间冷却压气机耗功最小时，各级的增压比称为最佳增压比。

压气机的效率：在相同的初态及增压比条件下，可逆压缩过程中压气机所消耗的功与实际不可逆压缩过程中压气机所消耗的功之比，称为压气机的效率。 特点:

1．减小功的消耗,由p-v 图可知 2．降低气体的排气温度,减少气体比容 3．每一级压缩比降低,压气机容积效率增高

中间压力的确定: 原则：消耗功最小。 以两级压缩为例,得到：2312//p p p p = 结论:两级压力比相等，耗功最小。 推广为Z 级压缩

z z p p 1121/.......+===ββ 推理:

1．每级进口、出口温度相等.

2．各级压气机消耗功相等.

3．各级气缸及各中间冷却放出和吸收热量相等.

三、本章总结

多级压缩、级间冷却采用最佳的中间压力或各级的最佳压比，不仅可以使压气机总耗功最小，而且还可以使压气机各级压缩耗功量相同，各级气体的升温相同，各中间冷却器的的放热量相等。这些对于压气设备的设计和运行是很有利的。上述多级压缩、级间冷却的原理也适用于叶轮式压气机。

四、作业与讨论

作业：思考题1、2；习题9-2

讨论

活塞式压气机无论是单机还是多级压缩都应尽可能采用冷却措施，力求接近定温压缩。压气机的定温压缩效率是在压缩前气体的状态相同、压缩后气体的压力相同时，可逆压缩过程所消耗的功和实际过程所消耗的功之比。

叶轮式压气机一般在不冷却情况下工作，所以常采用绝热效率来衡量其工作的优劣。