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第八章 壓氣機的熱力過程,1,壓氣機是生產(chǎn)壓縮氣體的設(shè)備，它不是動力機，而是用消耗機械能來得到壓縮氣體的一種工作機。壓氣機中進行的是氣體升壓過程，不是一個循環(huán)。,壓氣機：,2,壓縮氣體的用途： 動力機、風(fēng)動工具、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—表壓0.01MPa以下,鼓風(fēng)機—表壓0.1~0.3MPa,壓氣機—表壓0.3MPa以上,3,壓氣機分類 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：,以活塞式壓氣機為重點，分析壓縮氣體生產(chǎn)過程的熱力學(xué)特性。,5,§8-1 單級活塞式壓氣機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,活塞式壓氣機的壓氣過程,技術(shù)功wt,,,,7,一、工作原理,f－1：氣體引入氣缸,1－2：氣體在氣缸內(nèi)進行壓縮,2－g：氣體流出氣缸，輸向儲氣筒,不是熱力過程，只是氣體的移動過程，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)實際壓氣過程是,,,,,,,,,,,可能的壓氣過程,9,二、壓氣機的理論耗功量,壓縮氣體的生產(chǎn)過程包括氣體的流入、壓縮和輸出，所以壓氣機耗功應(yīng)等于壓縮過程耗功與進、排氣過程推動功的代數(shù)和：,壓氣機耗功,可見壓氣機耗功以技術(shù)功計。,10,二、壓氣機的理論耗功量,（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,避免活塞與進排氣閥碰撞，留有空隙,,,,,,,,,,,,,,,余隙容積,一、活塞式壓氣機的余隙容積,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。,π－增壓比,19,余隙容積百分比Vc/Vh和多變指數(shù)n一定時，增壓比?越大，則容積效率越低，且當(dāng)?增加到一定值時容積效率為零。 增壓比?一定時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)1?2和4?3兩過程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,§8－3 多級壓縮和級間冷卻,單級壓縮的不足：,,,(1) n或π較大時，壓縮終溫高；,(2) π較大時，容積效率ηv低；,(3) n較大時，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， ①耗功大的問題可以解決； ②壓縮終溫高得到部分解決； 水套冷卻有局限性： 葉輪式壓氣機中無法采用。,考慮容積效率方面會發(fā)現(xiàn) 容積效率低是單級壓縮中無法解決的難題。 采用多級壓縮和級間冷卻可以解決上述三方面的問題。 本節(jié)以兩級壓縮、中間冷卻為例對此進行探討。,23,兩級壓縮中間冷卻分析,有一個最佳增壓比,24,1. 耗功量計算,設(shè)兩級壓縮的多變指數(shù)相同，且,25,2. 最佳增壓比,,同理，對于m級壓縮、級間冷卻：,26,采用最佳增壓比的好處,（1）每級壓氣機所需的功相等，有利于壓氣機曲軸的平衡； （2）每個氣缸中氣體壓縮后所達到的最高溫度相同； （3）每級向外排出的熱量相等； （4）各級氣缸容積按增壓比遞減；,27,3.壓氣機定溫效率,活塞式壓氣機無論是單級或多級壓縮都應(yīng)盡可能采用冷卻措施，力求接近定溫過程。 工程上采用壓氣機的定溫效率來作為活塞式壓氣機性能優(yōu)劣的指標：,28,其他需要注意的地方：,,,,,,,,,,,,,,,,,,潤滑油要求t160~180℃,高壓壓氣機必須分級,,29,分級壓縮的級數(shù),,,,,省功,分級 冷卻,降低出口溫度,,多級壓縮達到 無窮多級,,,(1)不可能實現(xiàn),(2)結(jié)構(gòu)復(fù)雜(成本高),所以，一般采用 2 ~ 4 級壓縮,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,減少余隙容積的影響,30,