压气机的热力过程

第九章 压气机的热力过程 一、目的及要求

了解压气机的热力过程，掌握压气机的理论耗功的计算方法；掌握余隙容积对理论耗功及生产量的影响；掌握多级压缩、级间冷却的原理及用途。 二、内容：

9.1 单级活塞式压气机的工作原理和理论耗功量 9.2 余隙容积的影响 9.3 多级压缩和级间冷却 9.4

叶轮式压气机的工作原理

三、重点及难点：

9.1 掌握活塞式压气机和叶轮式压气机的工作原理。

9.2 掌握不同压缩过程（绝热、定温、多变）状态参数的变化规律、耗功的计算，以及压气

机耗功的计算。

9.3 了解多级压缩、级间冷却的工作情况。了解余隙容积对活塞式压气机工作的影响。 四、主要外语词汇：

Compressor, Multi-Level Compression, Inter-cooling, I impaired volume 五、本章节采用多媒体课件 六、复习思考题及作业：

思考题：

1、如果由于应用气缸冷却水套以及其他冷却方法，气体在压气机中已经能够按定温过程进行压缩，这时是否还需要采用分级压缩？为什么？

2、压气机按定温压缩时气体对外放出热量，而按绝热压缩时不向外放热，为什么定温压缩反较绝热压缩更为经济？

3、压气机所需要的功也可以由第一定律能量方程式导出，试导出定温、多变、绝热压缩压气机所需要的功，并用T-s 图上面积表示其值。 作业：

9－2，9－4，9－5，9－7

第九章 压气机的热力过程

压气机是用来压缩气体的耗能设备，而不是动力机。压气机的用途很广泛，由于使用场合及工作压力范围不同，压气机的结构型式及工作原理也有很大差异。

按工作原理及构造压气机可分为：⎪⎩

⎪

⎨⎧引射式压气机心式叶轮式压气机 离复式活塞式压气机 往

按其产生压缩气体的压力范围⎪⎩

⎪

⎨⎧表压以上）压气机 （表压）～鼓风机 （表压以下）通风机 （MPa MPa MPa 3.03.01.001.0

活塞式压气机和叶轮式压气机在结构上及工作原理上不同，但从热力学观点来看，气体状态变化过程并没有本质的不同，都是消耗外功，使气体压缩升压的过程。在正常工况下均可视为稳定流动。因此，本章以活塞式压气机为例来分析压缩气体生产过程的热力特征。

§9－1 单级活塞式压气机的工作原理和理念耗功量

1、工作原理

活塞式压气机由进气、压缩、排气三个过程组成，其中进气和排气过程不是热力过程，只是气体的迁移过程，缸内气体数量发生变化，而热力学状态不变。

从右图中可看出， a －1及2－b 为引入和输出气缸，1－2为气体在压气机中进行压缩的热力过程。在此过程中，压气机中气体数量不变，而气体状态方程变，压缩过程的耗功可由右图中过程线1－2及v 轴所围的面积所示。

在压气中可分为两种极限情况和一种实际情况：

一、绝热过程：当压缩过程快，且气缸散热较差时，可视为绝热过程。

二、等温过程：当压缩过程十分缓慢，且气缸散热条件良好时，可视为等温过程。 三、界于两者之间的实际过程。 在p-v 及T-s 图上可表示为：

2、压气机的理论耗功

用c w 表示压气机的耗功： 由热力学第一定律t w Δh q +=得： h q -w w t c ∆+==)(-

根据第四章的内容，对1所述三种过程（定熵、定温及多变过程），若为定值比热

容，则有：

（1）定熵过程：（s t-j-n-s-w c 222面积=）

1])[(1)(1)(1)(1

1

21

11221212-p p RgT k-k

v -p v p k-k -RgT RgT k-k -T T c h -w w k k-p t,s c,s

====∆== （2）定温过程：（t t-j-n-i-w c 22面积=）

1

21121121111ln ln ln v v -RgT p p RgT p p v p dp p v p vdp -q -w w t,T c,T =======⎰

⎰ （3）可逆多变过程：（n -T-j-n-n-w c 2122面积=） 1])[(1)(1)(11

1

21

112212-p p RgT n-n

v -p v p n-n -RgT RgT n-n h -w w n

n-t,n c,n

===∆==

耗功大小可从1中给出的p-v 图中看出：

c,T c,n c,s w w w >> c,T c,n c,s T T T >> c,T c,n c,s v v v >>

这就是说，把一定量的气体从相同初态压到相同终态时，定温过程所消耗的功最少，绝热过程最多，多变过程介于两者之间，且随n 减小而减少；且绝热过程中气体的温升及比体积也较大，这对机器的运行也是不利的，所以在压气过程中，应昼减小n ，使之接近定温过程，对于单级活塞式压气机，通常多变指数n = 1.2～1.3。

§9－2 余隙容积的影响

在实际过程中，由于制造公差及材料的受热膨胀等因素的影响，当活塞运动到死点位置上时，在活塞顶面与气缸盖间有一定的空隙，该空隙的容积称为余隙容积，用c V 表示，并用h V 表示排气量，它是活塞从上死点运动到下死点时活塞扫过的容积。

在上图中，我们可以看到：1－2为压缩过程，2－3为排气过程，3－4为余隙中气

体的膨胀过程，4－1为有效进气过程。

余隙容积的影响主要是两个方面： （1）对生产量的影响

由于余隙容积的影响，活塞在右行之初，由于气缸内压力大于外界压力而不能进气，直到气缸内气体容积由3V 膨胀到4V ，此时1p p =时才开始进气，气缸内实际进气