第八章 壓氣機(jī)的熱力過程,1,壓氣機(jī)是生產(chǎn)壓縮氣體的設(shè)備，它不是動(dòng)力機(jī)，而是用消耗機(jī)械能來得到壓縮氣體的一種工作機(jī)。壓氣機(jī)中進(jìn)行的是氣體升壓過程，不是一個(gè)循環(huán)。,壓氣機(jī)：,2,壓縮氣體的用途： 動(dòng)力機(jī)、風(fēng)動(dòng)工具、制冷工程、化學(xué)工業(yè)、潛水作業(yè)、 醫(yī)療、休閑等。,壓頭高低,通風(fēng)機(jī)表壓0.01MPa以下,鼓風(fēng)機(jī)表壓0.10.3MPa,壓氣機(jī)表壓0.3MPa以上,3,壓氣機(jī)分類 按工作原理,活塞式壓頭高，流量小，間隙生產(chǎn),葉輪式壓頭低，流量大，連續(xù)生產(chǎn),4,從熱力學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)，盡管活塞式和葉輪式的結(jié)構(gòu)和工作原理都不同，但壓縮過程中氣體的狀態(tài)變化本質(zhì)上是一致的。,本章主要內(nèi)容：,以活塞式壓氣機(jī)為重點(diǎn)，分析壓縮氣體生產(chǎn)過程的熱力學(xué)特性。,5,§8-1 單級(jí)活塞式壓氣機(jī)的工作原理和理論耗功量,6,理論壓氣功(可逆過程),指什么功,目的：研究耗功，越少越好,活塞式壓氣機(jī)的壓氣過程,技術(shù)功wt,7,一、工作原理,f1：氣體引入氣缸,12：氣體在氣缸內(nèi)進(jìn)行壓縮,2g：氣體流出氣缸，輸向儲(chǔ)氣筒,不是熱力過程，只是氣體的移動(dòng)過程，氣體狀態(tài)不發(fā)生變化，缸內(nèi)氣體的數(shù)量發(fā)生變化。,f-1和2-g過程,8,(1)特別快，來不及換熱。,(2)特別慢，熱全散走。,(3)實(shí)際壓氣過程是,可能的壓氣過程,9,二、壓氣機(jī)的理論耗功量,壓縮氣體的生產(chǎn)過程包括氣體的流入、壓縮和輸出，所以壓氣機(jī)耗功應(yīng)等于壓縮過程耗功與進(jìn)、排氣過程推動(dòng)功的代數(shù)和：,壓氣機(jī)耗功,可見壓氣機(jī)耗功以技術(shù)功計(jì)。,10,二、壓氣機(jī)的理論耗功量,（1）可逆絕熱壓縮,三種壓縮過程耗功量,11,（2）可逆多變壓縮,三種壓縮過程耗功量,12,（3）可逆定溫壓縮,三種壓縮過程耗功量,13,三種壓氣過程的參數(shù)關(guān)系,14,三種壓氣過程的技術(shù)功,數(shù)值最小,重要啟示,15,§8-2 余隙容積的影響,16,避免活塞與進(jìn)排氣閥碰撞，留有空隙,余隙容積,一、活塞式壓氣機(jī)的余隙容積,17,活塞排量,研究余隙容積VC對耗功和產(chǎn)氣量的影響,新氣量 產(chǎn)氣量,有效吸氣容積,18,二、余隙容積的影響,(1)生產(chǎn)量：,有效吸氣容積：,容積效率：,余隙容積的存在導(dǎo)致Vh不能被全部利用。,增壓比,19,余隙容積百分比Vc/Vh和多變指數(shù)n一定時(shí)，增壓比越大，則容積效率越低，且當(dāng)增加到一定值時(shí)容積效率為零。 增壓比一定時(shí)余隙容積百分比越大，容積效率越低。,20,（2）余隙容積VC對理論耗功的影響,設(shè)12和43兩過程n相同,21,余隙容積VC對理論壓氣功的影響,余隙對單位產(chǎn)氣量耗功不影響,p1V=mRgT1,22,§83 多級(jí)壓縮和級(jí)間冷卻,單級(jí)壓縮的不足：,(1) n或較大時(shí)，壓縮終溫高；,(2) 較大時(shí)，容積效率v低；,(3) n較大時(shí)，耗功大。,采用水套冷卻的方法： 可使壓縮過程多變指數(shù)小些， 耗功大的問題可以解決； 壓縮終溫高得到部分解決； 水套冷卻有局限性： 葉輪式壓氣機(jī)中無法采用。,考慮容積效率方面會(huì)發(fā)現(xiàn) 容積效率低是單級(jí)壓縮中無法解決的難題。 采用多級(jí)壓縮和級(jí)間冷卻可以解決上述三方面的問題。 本節(jié)以兩級(jí)壓縮、中間冷卻為例對此進(jìn)行探討。,23,兩級(jí)壓縮中間冷卻分析,有一個(gè)最佳增壓比,24,1. 耗功量計(jì)算,設(shè)兩級(jí)壓縮的多變指數(shù)相同，且,25,2. 最佳增壓比,同理，對于m級(jí)壓縮、級(jí)間冷卻：,26,采用最佳增壓比的好處,（1）每級(jí)壓氣機(jī)所需的功相等，有利于壓氣機(jī)曲軸的平衡； （2）每個(gè)氣缸中氣體壓縮后所達(dá)到的最高溫度相同； （3）每級(jí)向外排出的熱量相等； （4）各級(jí)氣缸容積按增壓比遞減；,27,3.壓氣機(jī)定溫效率,活塞式壓氣機(jī)無論是單級(jí)或多級(jí)壓縮都應(yīng)盡可能采用冷卻措施，力求接近定溫過程。 工程上采用壓氣機(jī)的定溫效率來作為活塞式壓氣機(jī)性能優(yōu)劣的指標(biāo)：,28,其他需要注意的地方：,潤滑油要求t160180,高壓壓氣機(jī)必須分級(jí),29,分級(jí)壓縮的級(jí)數(shù),省功,分級(jí) 冷卻,降低出口溫度,多級(jí)壓縮達(dá)到 無窮多級(jí),(1)不可能實(shí)現(xiàn),(2)結(jié)構(gòu)復(fù)雜(成本高),所以，一般采用 2 4 級(jí)壓縮,減少余隙容積的影響,30,