第五章 压气机的压气过程

例题\第五章\A503.ppt
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四 叶轮式压气机
优点：流量大、气体能无间歇地连续流进流出
径流式（即离心式） 轴流式
机械能——增加动能—压力增加
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叶片
扩压管
q 0且不计进、出口气流动能的变化和重力位能的变化
任意工质、任意绝热过程压缩每千克气体所消耗的功为
wc h2 h1
如果被压缩的是定比热容理想气体
wc ,n
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m级压缩，最佳增压比为
pmax p min
1 m
采用最佳增压比，且有效冷却，则各级耗功相同，每一级均为
wc ,n
nn 1 n Rg T1 1 n 1
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采用最佳增压比进行双级 压缩的优点：
T
1、省功
T2
3’ 3 qH
§5–4 压气机的压气过程
本章学习内容（二）
•单级活塞式压气机的工作原理 •单级活塞式压气机所消耗的机械功和容积效率 •双级活塞式压气机的工作过程
•叶轮式压气机
工作原理：活塞式、叶轮式和引射式 出口压力：压气机、鼓风机、通风机
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☆抽真空的设备能否归入压气机中去？ 广义地说，抽真空的真空泵也是压气机，它将低于 大气压力的气体吸入，升高压力至略高于大气压时排 出，其热力学原理与压气机一样。
☆为什么要采用多级压缩及级间冷却的工艺？
工程上常需要高压气体，当气体的压力比p2/p1较高时，若仍采用 单级压缩，将使气体的终温过高而造成润滑油失效及其它安全问题 ，并使耗功过大。同时，实际机器的容积效率也要随之降低。而采 用多级压缩、级间冷却的工艺是获得较高压力的压缩气体一种较好 的手段。
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三
双级活塞式压气机的工作过程
一)、工作原理及简图
冷却水
双级活塞式压气机示意图
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二)、双级活塞式理想压缩机 p-V 图
定温线 p 6 p3 4 5 多变 过程 2 p2 p1 0 3 1 V
p1p4：
双级压缩：面积0123460 单级压缩：面积012560
双级压缩省功而且压缩终 温较低，有利于润滑。
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一
单级活塞式压气机的压气过程
空气进口
一）、结构简图
排入空气瓶中
主要部件：1、活塞
2、气缸
3、滤清器
4、吸、排气阀
5、散热肋片
4
二）、工作过程
p 3 2 1
1、吸气过程4-1
2、压缩过程1-2
4
Pb
V
3、排气过程2-3 4、余隙容积内压缩 空气的膨胀过程3-4
Vc
p
3
2 4 1 V Vh V1-V4
wc c p0 (T2 T1 )
定熵压缩
wc , s

1
p1v1 (
1
1)
对定比热容理想气体的定熵过程
wc ,Baidu Nhomakorabeas
0 1
0
RgT1 (
0 1 0
1)
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作业
P133
5-2
5-6
5-8
5-10
5-12
选做
5-5
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Vc Vh 增大时，容积效率降低； 提高时，容积效率也降低。
Vc n 容积效率： V 1 V ( 1) h Vc 称为压气机的余隙比 Vh p2 p1 称为压气机的增压比
1
余隙比愈小、增压比愈大、多变指数愈大，则容积效率愈高，
压缩气体的产量也愈大。
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3、相同的余隙容积和多变指数，增压比对容积效率的影响
3、可逆多变压缩 wc, n
p2 nn 1 nn 1 n n RgT1 ( ) 1 RgT1 1 n 1 p1 n 1
8
p p2 3
2’ 2 2” 定温 多变 绝热 1 5’ 5 5” V2’ V2 V2” 6 V1
p1 4 0
p3
p2 2 2’
p1 1 qL s
2、各缸负荷均匀
T1
3、终温相同，各缸散热量相 等
双级压缩中间冷却T-s图
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☆采用多级压缩，级间冷却，当级数趋向无穷多时压缩过
程趋向等温压缩，此时消耗的压缩功应最小？
纯粹从热力学理论来看是这样，但实践中多级压气机 用于生产高压的压缩气体时，级数不能过多，级数过多 会使机构复杂，造价增高，运行可靠性下降，活塞式压 气机一般常用的为两级或三级，最多不超过六级。
nn 1 n wc ,n Rg T1 1 压缩1kg 气体所消耗的功为： n 1 无余隙容积时，压缩1kg 气体所消耗的功为：
wc ,n
'
nn 1 n RgT1 1 n 1
有余隙容积和无余隙容积时，压缩1kg 气体所消耗的功是 10 相同的。
在p1和p4 间合理选择p2，可使压气机消耗的功最少。对上式求一 阶导数并令其等于零，结果解得
p2 p1 p4
即
p2 p 4 p 4 p1 p2 p3
p4 p1
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耗功最小，则两级增压比应相同，这个增压比称为最佳增压比。
压气机消耗的功是每个气缸消耗功的两倍
nn 1 n 2 Rg T1 1 n 1
Vc
单级活塞式压气机示功图
图中2-3和4-1不是状态 变化，而是表示气缸内 气体质量的变化。
5
P
2’ 2
2”
P2
三种压缩过程图示
1-2” 绝热过程
P1 1 V T P2 2” 2 2’ 1 s P1
1-2’ 定温过程
1-2 多变过程
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二 单级活塞式压气机所消耗的机械功和容积效率
一）、压气机工作过程的作功分析
p 3 2 4 Vc Vh V1-V4 1
2、容积效率：
有效容积：Ve=V1-V4
V
活塞排量：Vh=V1-Vc
容积效率：有效吸气体积与气缸工作体积之比。
V3 Vc V4 Vc
1 n
Ve v Vh
v
Ve Vh Vc V4 Vh Vh
V4 1 Vc 1 Vc n 1 1 Vh V 1 c Vh
p P2 ” P2 ’ p2 3”(2”)
3’ 3
2’ 2
1） Ve， v
2）当 ，p2 ，压缩终温t2
pb Vc 4 4’ Ve Vh 1 V
3）对于压力较高的情况，一
增压比对容积效率的影响
般采用双级压缩和中间冷却。
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☆既然余隙容积具有不利影响，是否可能完全消除？
不能，由于制造公差及为避免活塞因热膨胀而与气缸盖碰撞， 同时为了安装进气阀、排气阀等部件，余隙容积是不可避免的。
v
单级理想压缩机p-V图
对压气机而言，示功图 p-v 图所包围的面积表示压 气机的耗功，从 p-v图可以看出定温压缩耗功最少，而 绝热压缩所消耗的机械功最大。因此对压气机应加强
冷却，不仅减少耗功，而且保证润滑条件。
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二)、容积效率
p 3
2 4 1
V
Vc
Vh V1-V4
有余隙容积压气机示功图
1、有余隙容积存在时，对 wc 及供气量的影响
双级活塞式压气机p-V图
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三)、双级活塞式压气机的耗功及最佳增压比 压缩1kg气体所消耗的功
wc ,n
p2 nn 1 p4 nn 1 n n Rg T1 ( ) 1 Rg T3 ( ) 1 n 1 p1 n 1 p3 n 1 p2 nn 1 n p4 n Rg T1 ( ) ( ) 2 n 1 p2 p1
p
p2
3
2’ 2 2”
定温 多变 绝热
p1 4 0 5’ 5 5” V2’ V2 V2” 6 V1
技术功 wt

2
1
vdp
压气机所耗的功 wc＝-wt
1 v
单级理想压气机p-V图
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1、可逆定温压缩 2、可逆绝热压缩
wc , T
p2 RgT1 ln RgT1 ln p1
p2 kk 1 kk 1 k k wc , s RgT1 ( ) 1 RgT1 1 k 1 p1 k 1