压气机

h2s h1 h2' h1 T2s T1 T2' T1
35
若工质为理想气体，且比热为定值：
C ,s

压气机的设计计算
Wt理论 k p2 1[1 ( ) mRT k 1 p1
k -1 k
]
Q H Wt
(h1 h2 ) mc p (T1 T2 ) Wt理论 H m
p VC
3
2 1
V4 V3 V3 V4 1 1 1 V1 V3 V1 V3 V3
4
V
令
VC c Vh
余隙比
V1 V V3 工程上一般＝0.03~0.08
18
1 1 n n p3 p2 V 1 c 1 1 c 1 p4 p1
依靠高速旋转的叶轮将气体从轴向吸入，气体 获得速度后排入导叶，经扩压后再沿轴向排出。 如:透平式压缩机、螺杆压缩机等。
p 0.01MPa 0.01MPa p 0.3MPa p 0.3MPa
3
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
由一对互相啮合的螺旋形阴阳转子构成， 靠容积的变化而使气体压缩的 。
7
§8-1 单级活塞式压气机的工作原理 和理论耗功 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)
8
一、活塞式压气机的压气过程
p
2 1
V2 V1
v
9
可能的压气过程
(1)、特别快，来不及换热。 s (2)、特别慢，热全散走。 T (3)、实际压气过程是
O j
w’c= h2’ – h1=面积A562’nOA-面积A31mOA
不可逆实际压缩多耗功：
w’c – wc,s = h2’ – h2s=面积m2s2’nm
34
叶轮式压气机一般在不冷却的情况 下工作，常用绝热效率来衡量工作 的优劣 压气机的绝热效率：
C ,s

wC ,s wC wC ,s wC
s ？ n ？
根据经验，有无冷却水套
k -1 k
假定 s ，理论功
Wt理论
k p2 1[1 ( ) ] mRT k 1 p1
37
压气机的校核计算
' T , T , p , p , m ( V ) 已有压气机，实测 1 2 1 2 要求：压气机效率
Wt理论
k p2 k 1[1 ( ) ] mRT k 1 p1
n 1 n n 1 n
3
2 1
V1 V

4
V
V3
n 1 n p2 Wt n wt RT1 1 p1 m n 1
余隙对单位产气 p1V mRT1 量耗功不影响
17
余隙容积VC对产气量的影响
定义容积效率 V V1 V4 V3 V3 V Vh V1 V3
26
p2 p4 p1 p2 最佳增压比
3
最佳增压比
p2 p1
m
p终 p初
p1 p4 p1
p4 p1
p终 p初
式中：m —— 压缩级数；
27
分级压缩中间冷却的其它好处
T
T4 T5
4
6 3 5
p4 p2
2 1
p
p1 p4 p2 p1
6 4
5
2
3
1


润滑油要求 t <160~180℃, 高压压气机必须分级 对活塞式压气机可提高容积效率，增加压缩气产量 各缸负荷均匀，终温相同，散热量相同，对压气机 28 的结构、布置和运行有利
第二十一次课
第八章 压气机的热力过程
打气筒
空气压缩机
风扇
2
压气机的作用及分类
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
型式 结构 压 力 范 围
活塞式(往复式) 出口当连续流动 离心式 离心式是将流体从风扇的轴向吸入后利 连续流动 用离心力将流体从圆周方向甩出，如涡 轴流式 旋压缩机、鼓风机、抽油烟机等。 通风机 鼓风机 压缩机
5 6
3
2 1
V1 V
4
V
n p1 4V4 1 n 1
p1 4
p p3 2
n 1 n

V3 p2 p3
p1 p4
p1V1 m1RT 1 16
余隙容积VC对理论压气功的影响
p VC
p2 n Wt p1 (V1 V4 ) 1 p1 n 1 p2 n p1V 1 p1 n 1
实际过程有摩擦， 机械效率: 经验值70％
Wt实际 Wt理论
Wt理论 Wt实际
T
T2
T
' 2
p2 p1

p (T1 T2' ) mc
1
36
s
压气机的设计计算
需要压气机，想设计一台 ) 已知 ： p2 ，T 、p ，m ( V 1 1 p1 要求：配马达功率， 出口温度。
新气量 ↓ 产气量 ↓ 研究VC对耗功和产气量 的影响
4
V
V3
15
余隙容积VC对理论压气功的影响
功＝面积12341
p VC
＝面积12561－面积43564
设12和43两过程n相同
n 1 n p2 n Wt p1V1 1 p1 n 1
实际压缩机为避免活 塞与进排气阀碰撞， 留有空隙 余隙容积 VC
p
3
2 1
1 2
2 压缩过程 3 排气，状态未变 4 1
残留气体膨胀
进新气，状态未变
4
3 4
V
14
活塞式压气机的余隙影响
Vh V1 V3 活塞排量
p
VC
3
2 1
V1 V
V V1 V4 有效吸气容积 p1V mRT1
余隙容积VC对产气量的影响
1 n VC V p 2 V 1 c 1 c Vh p1 Vh 余隙比
p2 （2） c 和n一定， p V 1
极限 V 0
——余隙容积的存在, 降低了容积效率
讨论： p2 （ 1） 一定，c p1
p1V m 0.489kg RT1
Wt wt 115kJ / kg m
21
p
（2）无余隙时的排气量和耗功
3
2 1
V1 V
V Vh V3 0.4678m
3
4
V
n 1 n n p V 2 p Wt ' p1V 1 65.173 kJ 3 p1 2 n 1
4
离心式风机的结构
升压幅度小，结构简单。
5
轴流式压气机的结构
由叶轮、导叶和机壳等组成。依靠高速旋转的叶轮将气体从轴 向吸入，气体获得速度后排入导叶，经扩压后再沿轴向排出。 优点是气流路程短，阻力损失较小，流量较大，效率比离心式 压缩机高。
流量大，结构复杂。 普遍使用在航空，轮船， 化工。
6
螺杆压缩机的结构
p
n-1 n
n p2 RT1[1 ( ) n 1 p1 n p4 RT3 [1 ( ) n 1 p3
] ]
p4 p2 p1
n-1 n
4
5
省功
2
n-1 n
3
1
w分级
n p2 RT1[2 ( ) n 1 p1
p4 ( ) ] p2
n-1 n
v
25
最佳增压比的推导
欲求w分级最小值，
nk n 1 1 n k
2s
n
T
2T
p 2 2 2 n T s p2
p1
1
p2
p1
2n
1
v
10
s
三种压气过程功的理论耗功
p2 n wt,n RT1[1 ( ) n 1 p1
n 1 n
]
p1 wt,T RT1 ln p2
最小 重要启示
p2 k wt,s RT1[1 ( ) ] k 1 p1 p 2 2 2 T n T s p2
p2 Vh V3 V3 p1 3 0.4045m
1 n
4
V
1
V3
20V1
V
例题(1)有余隙影响
（1）有余隙时的排气量和耗功
V 0.4045m
3
n 1 n p2 n Wt p1V 1 56.35kJ p1 n 1
p1V m' 0.566kg RT1
Wt wt ' 115kJ / kg m
>
=
m 0.489kg 1 4 V
V3
wt 115kJ / kg
V1 22 V
§8-3 分级压缩中间冷却
实际压气机运转速度一般很高，如不采取措施，压缩过程接近绝热。改进方 法：
1、采用水或空气冷却机壳，带走压缩空气产生的热量，过程指数可降至n = 1.2~1.3。
2、为什么绝热压缩不放热压缩耗功却大？而等温压缩对外放热压 缩耗功却少？
两种解释：
p 2 2 2 n T s p2
p1
1
(1) 从微观角度，绝热压缩使得分 子热运动加强，和壁面的碰撞加 剧，难于压缩。 (2)根据公式
wc wt vdp
1 2
v
可知，在dp一定的情况下，谁的v 小则谁的耗功少，因为定温压缩 比容v相对小，故耗功少。
13
§8-2 余隙容积的影响
p
V
VC
3
2 1
4
V
V3
19V1
V
余隙影响例题
已知： Vh 0.4455m3 ,V3 0.0223m3 o p1 1bar, t1 15 C,p2 3.5bar,n=1.2 求（1）有余隙时的排气量和耗功 （2）无余隙时的排气量和耗功 p 解： 3 （1）有余隙时的排气量和耗功 2 V V1 V4 Vh V3 V4
w分级 0 p 2 p2
p
p4 p2
4
5
p1 p4
省功
2
可证明 p1 1 若 m级 v n-1 n-1 p终p p1 p4 p2 p4 p n p 终 2 4 n n m w分级 RT1[2 ( ) ( ) ] p1 n p p1 p初p2 p初 11 p1
k -1
p (T1 T2' ) Wt实际 mc
Wt理论 Wt实际
若太低， 则压气机报废或修理
38
第八章 习题
思考题: 3，5，6，7，8
习题:
1，3，11，13，14
来自百度文库
39
第八章 核心内容
——看书和作业时需要注意的关键点
1、活塞式压气机的热力过程分析（等温、绝热和多变压缩）p－v 和T－s图；
2T
k 1 k
2s
2n
p2
p1
p1
1
1
v
11 s
三种压气过程的参数关系
wtT wtn wts qT qn qs 0
v2T v2n v2s
p 2 2 2 n T s p2
p1
1
T1 T2T T2n T2s
T
2T 2n
1
2s
p2
p1
v
12 s
为什么等温压缩既放热，又耗功少？ 而绝热压缩不放热，反而耗功增加？
j m n
s
不可逆实际压缩多耗功： w’c – wc,s = h2’ – h2s=面积2s2’nm2s
33
T
水蒸汽：
理想可逆绝热压缩耗功：
wc,s = h2,s – h1 =面积A562smOA–面积A31mOA A =面积3562s13
3 5 6
2′
2s
1 m n s
不可逆实际压缩所需功：
=面积3562‘nm13
30
离心式风机的结构（径流式）
升压幅度小，结构简单。
31
轴流式压气机的结构
流量大，结构复杂。 P.277 图8—10 普遍使用在航空，轮船， 化工。
32
T 2s
2′ p2 p1
理想可逆绝热压缩耗功：
wc,s = h2,s – h1=面积j2T2smj
2T
1
不可逆实际压缩所需功：
w’c= h2’ – h1=面积j2T2’nj
s
v
分级压缩的级数
分级
节省压缩功
降低出口温度
T
p
p4
6
5
多级压缩达到 无穷多级
(1) 不可能实现
p1
1
(2) 结构复杂(成本高)
v
29
所以，一般采用 2 ~ 4 级压缩
§8-4 叶轮式压气机的工作原理 叶轮式压气机的两种型式： 径流式（离心式） 轴流式
注意：
叶轮式压气机没有余隙容积影响问题。
2、采用多级压缩中间冷却，即压缩过程分级进行，级间设置中间冷却器。

上述两种方法同时采用，可使多变指数n降至1.1左右。
23
两级压缩中间冷却分析
储气罐
高压缸
p
p2
4
5
省功
2
低压缸 冷却水 进气口
3
p1
1
v
p2 有一个最佳增压比 24 p1
最佳增压比的推导
I II w分级 wt(n) wt(n)