工程热力学(压气机的热力过程)解析

2、多级压缩机的总功耗
n1
W
t
zn n 1
p1Ve
1
p2 p1
zn
= mRgT
五、多级压缩计算举例
一台三级压气机，低压缸径D=450mm，行程 为L=300mm， α=0.05。吸气压力p1 =0.1MPa 、 t1 =18℃ 、可逆压至p4 =1.5MPa，n=1.3 。 ① 求各中间压力； ② 低压缸有效进气容积； ③ 排气温度和排气容积； ④ 所需比功； ⑤ 若采用单级压缩，求比功和排气温度。
ηv
Vc Vh
α达一定值时,ηv=0,压缩机不能吸
气,无气排出,只是机内气的循环
单级压缩， 最大压力比为
m
ax
1
1
n
故单级压缩所能达到的压力比是有限的。
§9-5 多级压缩与级间冷却
一、多级压缩
1、多级压缩
气体经过多次压缩。
2、多级压缩的标志
中间冷却器（中冷器） 3、多级压缩的原因 ① 单级压缩压比有限 ② 多级压缩有优点 ③ 工艺要求
所以，一般采用不超过6 级压缩 p
2、降低排气温度
p4
6
5
压缩机的排气温度有限制
（过高，易燃、易爆、积炭、
润滑油变质等） 空压机：<180℃
n1
T2
T1
p2 p1
n
p1
1
3、提高容积效率 每一级ε
ηv
v
四、多级压缩的总功耗
1、最佳压力比
指总功耗最小时的压力比
最佳 z
p2 p1
式中：z 为级数
2T
2n
2s
p1
T
2T 2n 1
2s p2 p1 1
v
s
三、压气功的计算
目的：研究耗功，越少越好
指什么功
技术功wt 理论压气功(可逆过程)
1、理想压气功
对于无余隙的工作循环压气功为
过程曲线12341所包围的面积
Wt
n n 1
p1V1 p2V2
p
2 技术功
3
压缩功
4
1
V
无余隙的工作循环
n1
n1
一、基本概念
止（死）点：活塞左 气阀 右移动的极限位置 储气罐
行程L：活塞移动的距离
行程容积Vh：一次行程 活塞扫过的体积
气缸 活塞 连杆 曲轴
吸气压力p1与 排气压力p2
外止点 余隙
余隙与余隙容积Vc 避免活塞与进排气阀
碰撞，留有空隙
行程 内止点
二、工作原理
1、工作原理
气阀 气缸 活塞 连杆 曲轴
的进气温度相同 若每一级均是完全 回冷，则此时：
各级进气温度相等
储气罐
中 冷 器 冷却水
高压缸 低压缸
进气口
三、多级压缩的优点
1、省功
4、降低可活见塞，所级数受越的多，
多级压缩达到无穷多级
气体力越接近等温过程，
有利T于改越善省运功动。件的受力
但是，这是不可能实现的 并且状级态数，越提多高，运结行构寿复命杂
n 1
3、过程实际压气过程是
n 1 n k
p p2
2T
2n
2s
T
2s p2 p1
2T 2n
p1
1
1
v
s
二、对压气机气缸冷却的作用
压气功为过程曲线所包围的面积 可见，等温压缩12T341功耗最少。 应该对压气机气缸进行冷却，
力使工质充分冷却使其尽量接近等温压缩 如气缸上设置翅片
气缸夹套内通水冷却等
p p2
n
n 1
p1Ve
1
p2 p1
n
式中吸气容积为Ve
n1
3、压气机功率 式中Ve为吸气量
N t
n
n
1
p1Ve
1
p2 p1
n
§9-4 余隙容积的影响
一、容积效率 p 3' 2
如图，由于有余隙Vc的存在， 3
多了膨胀过程3'4'，使得实际吸 5 4'
1
气容积由原来的V1减小为Ve
Ve V
储气罐
通过活塞的往复运动使
气体的体积发生变化而
增压并输送。
p
3
2、无余隙的工作循环 4
三个过 吸气过程：4-1 程组成 压缩过程：1-2
排气过程：2-3
2 无余隙的
工作循环
1
V
3、有余隙的工作循环
压气机都有余隙，故s 余隙
是有余隙的工作循环
外止点
吸气过程：4'-1 p 3'
2
四个过 压缩过程：1-2
程组成 排气过程：2-3' 膨胀过程：3'-4
应该注意：
5 4'
1
Ve
V
◆压缩循环是逆循环
Vc Vh
◆压缩过程和膨胀过程是热力过程
吸气量：指吸入状态的气量 Ve = Vh + Vc – V4'
§9-3 活塞式压气机的理论功耗
一、压气机中可能的压气过程
1、过程特别快，来不及换热。 s n k
2、过程特别慢，热全散走。 T
n
n 1
p1V1
1
p2 p1
n
n n
1
mRgT1
1
p2 p1
n
2、有余隙的压气功
p 3' 2
有余隙的工作循环，压气功为 3
过程曲线123'4'1所包围的面积 5 4'
1
即压缩过程12技术与膨胀过程 3'4'技术功的代数和。
Ve
V
取两过程多变指数n相同,可推得 Vc Vh
n1
W t
解：最佳压力比为
p
最佳 3
p4 p1
1.5 3 2.466
0.1
① p2=ε最佳×p1 = 0.2466MPa
p3=ε最佳×p2 = 0.6081MPa
5 6 7 8
4
6' 3' 3
7'
2' 2
1
② 低压缸有效进气容积
V
v
储气罐
中 冷 器 冷却水 进气口
高压缸 低压缸
二、级间冷却（1）
1、多级压缩p－v图
由于中冷器存在，多了等压冷却过wk.baidu.com2-3，得 以省功
储气罐
高压缸
p
p2
4 5 省功
中 冷 器 冷却水
进气口
低压缸
2 3
p1
1
v
分级压缩中间冷却实体照片
二、级间冷却（2）
2、完全回冷与不完全回冷
完全回冷：
压缩气体经中冷器冷却后的温度与前一级
第九章 压气机的热力过程
提供 压缩介质
压气机 的作用
型式 结构
压 力 范 围
§9-1 压气机的结构
生活中：自行车打气。
工业上：锅炉鼓风、出口引风、 炼钢、燃气轮机、制冷空调等等
活塞式(往复式) 出口不连续流动
离心式 轴流式
叶轮式连续流动
通风机 鼓风机 压缩机
p 0.01MPa 0.01MPa p 0.3MPa p 0.3MPa
有效吸气容积Ve小于行程Vh
Vc Vh
Ve与Vh之比叫容积效率ηv
V1
v
Ve Vh
1
1 n
1
式 中
p2 压力比
p1
VC
（余隙比）
相对余隙容积
在相同的气缸容积下，排气量下降 Vh 为什么？ 吸气量↓
二、单级压缩最大压力比
v
Ve Vh
1
1 n
1
ε
ηv
p 3' 2
3
5 4'
1
Ve V
α
活塞式压气机的结构
流量小，升压幅度可以很大。 普遍使用在汽车，电冰箱, 化工。
储 气 罐
离心式风机的结构
升压幅度小，结构简单。
风机实体照片
大型离心式风机的结构
轴流式压气机的结构
流量大，结构复杂。 普遍使用在航空，轮船， 化工。
本节只对活塞式压气机的热力过程进行分析
§9-2 活塞式压气机的工作原理