压缩机热力学计算解读

2 热力学计算

2.1 初步确定各级排气压力和排气温度

2.1.1 初步确定各级压力

本课题所设计的压缩机为单级压缩 则： 吸气压力：P s =0.1Mpa

排气压力：P d =0.8Mpa

多级压缩过程中，常取各级压力比相等，这样各级消耗的功相等，而压缩机的总耗功也最小。各级压力比按下式确定。

z i t εε=

（2-1） 式中： i ε—任意级的压力比； t ε—总压力比；

z —级数。

总压力比：t ε= 0.8/0.1=8 各级压力比：

83.28==ε

i

压缩机可能要在超过规定的排气压力值下工作，或者所用的调解方式（如余隙容积调节和部分行程调节）要引起末级压力比上升而造成末级气缸温度过高，末级压力比值取得较低，可按下式选取：

Z =εε

t i

)75.0~9.0( （2-2）

则各级压力比：

ε

2=2.12~2.55=2.5 ε

1

=3.2

各级名义进、排气压力及压力比已经调整后列表如下

表2-1 各级名义进、排气压力及压力比

级数 名义进气压力 p 1（MPa ）

名义排气压力 p 2（Mpa ） 名义压力比

ε Ⅰ 0.1 0.32 3.2 Ⅱ

0.32

0.8

2.5

2.1.2 初步确定各级排气温度

各级排气温度按下式计算：

1n n

d s i

T T ε-= （2-3）

式中：T d —级的排气温度，K ； T s —级的吸气温度，K ；

n —压缩过程指数。

在实际压缩机中，压缩过程指数可按以下经验数据选取。 对于大、中型压缩机：n k =

对于微、小型空气压缩机：(0.9~0.98)n k =

空气绝热指数k =1.4，则(0.9~0.98)(1.26~1.372)n k ==，取n =1.30 各级名义排气温度计算结果列表如下。

一级的吸气温度T s1=210C+273=294（K ） 一级的排气温度T d1==X =-2

.323

.0113.11

1

294ε

T s 382(K)

二级的吸气温度T s2=400C+273=313（K ）

二级的排气温度：=X =-5

.223

.0113.12

2

313ε

T s 471(K)=386(K)

表2-2 各级排气温度

级数 名义吸气温度T 1

压缩过程指数n n

n 1-'）（ε

名义排气温度T 2 ℃ K ℃ K Ⅰ 21 294 1.30 1.31 130 382 Ⅱ 40

313

1.30

1.313

1.23

386

2.2 确定各级的进、排气系数

2.2.1 计算容积系数v λ

容积系数是由于气缸存在余隙容积，使气缸工作容积的部分容积被膨胀气体占据，而对气缸容积利用率产生的影响。

)1(11

--=m

v εαλ （2-4）

式中： v λ—容积系数； α —相对余隙容积；

ε — 压力比。

各级膨胀过程指数m 按下表计算。

表2-3 不同压力下的m 值

()()110.5110.51.41 1.2m k =+-=+-= ()()210.62110.621.41 1.25m k =+-=+-=

确定相对余隙容积α

根据统计，压缩机的相对余隙容积值多在以下范围内： 压力≤20公斤／厘米2： α=0.07～0.12 压力﹥20～321公斤／厘米2：α=0.12～0.16 微型压缩机的相对余隙容积：

排气量在0.2米2／分以下：α=0.088～0.10 排气量在0.3米2／分以上：α=0.035～0.05 则：取相对余隙容积α=0.035～0.05

根据不同的气阀结构，选用各级的相对余隙容积α值。

采用环状气阀时，一般α值在下列范围内选取：低压级12.0~07.0=α，中压级14.0~09.0=α，高压级16.0~11.0=α。

采用舌簧阀的微小型压缩机，04.0~03.0=α。

根据本设计的技术要求，选用舌簧阀结构，由上述经验选取各级相对余隙容积：=1α0.035，=2α0.04。

由此，各级v λ计算如下

943.0)1(035.01)1(12.32

.1111

1

11

=-X -=--=εαλm v

957.0)1(04.01)1(15

.225

.11212

22

=-X -=--=ε

αλ

m v

2.2.2、 确定压力系数

由于进气阻力和阀腔中的压力脉动，使吸气终了时气缸内的压力低于名义进气压力，从而产生的对气缸利用率的影响。

影响压力系数p λ的主要因素一个是吸气阀处于关闭状态时的弹簧力，另一个是进气管道中的压力波动。在多级压缩机中，级数愈高，压缩系数p λ应愈大。对于进气压力等于或接近大气压力的第一级，进气阻力影响相对较大，可在

98.0~95.0=p λ范围内选取，第二级进气阻力相对于气体压力要小的多，可在

0.1~98.0=p λ范围内选取。

故在本设计当中，选取：10.96p λ=，20.98p λ=。

2.2.3、 确定温度系数

压缩机的吸入气体，其温度总是高于吸气管中的气体温度（由于缸壁对气体加热），折算到公称吸气压力和公称吸气温度时的气体吸气容积将比吸入时的容积小，因而使气缸行程容积的吸气能力再次降低。用来表示在吸气过程中，因气体加热而对气缸吸气能力影响的系数称为温度系数，用T λ表示。

影响气缸内气体在吸气终了时温度的主要因素是：在吸气过程同气体接触的气缸和活塞的壁面传给气体热量的大小；膨胀终了时余隙容积中残余气体温度的高低；气体在吸气过程中阻力损失的大小（这部分阻力损失转化为热量使气体温度上升）。显然，在吸气过程，气体吸收的热量越多，温度便越高，温度系数就越小。要全面地考虑这些因素对温度系数的影响，精确地求得T λ，是比较困难的；计算时可根据压力比的大小从图选择适当的T λ.

温度系数T λ的大小取决于进气过程中加给气体的热量，其值与气体冷却及该级的压力比有关，一般98.0~92.0=T λ。如果气缸冷却良好，进气过程中加入气体的热量少，则T λ取较高值；而压力比高，即气缸内的各处平均温度高，传热温差大，造成实际气缸容积利用率低，T λ取较低值。

查图时应注意以下几点： （1）压力比大者，T λ取小值。

（2）冷却效果好时，T λ取大值，水冷却比风冷却的T λ大。 （3）高转速比低转速的压缩机，T λ大。 （4）气阀阻力小时，T λ取大值。

（5）大、中型压缩机T λ取大值，微、小型压缩机T λ取小值。