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第八章 压气机的热力过程Processes in Compressor 8-1 概述 8-2 单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量 8-3 余隙容积的影响 8-4 多级压缩和级间冷却 8-5 叶轮式压气机工作原理 8-1 概述 压缩气体的用途： 动力机、风动工具、制冷工程、化学工业、潜水作业、 医疗、休闲等。 压头高低 通风机—表压0.01MPa以下 鼓风机—表压0.1~0.3MPa 压气机—表压0.3MPa以上 压气机分类 8-1 概述 按工作原理 ★活塞式—压头高，流量小，间隙生产 ★叶轮式—压头低，流量大，连续生产 8-1 概述 另有罗茨式压气机(Roots blower),等等。 压气机不是动力机，压气机中进行的过程不是循环 没有热效率概念！ 8-2 单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量 一、工作原理 0-1：吸气，传输推动功p1v1 2-3：排气，传输推动功p2v2 压气机耗功： 注意：压气机生产量通常用单位时间里生产气体的标准 立方米表示，不同于进气或排气状态。 1-2：压缩，耗外功 8-2 单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量 二、 理论耗功 wC取决于初、终态及过程特征 1.绝热压缩 2.等温压缩 3.多变压缩 8-2 单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量 讨论： a） 理想压缩是 等温压缩 b）通常为多变压缩, 1nκ 思考：自行车轮胎压力通常应维持在0.25 MPa左右，用手动打气 筒向轮胎充气时用湿毛巾包在打气筒外壁，会有什么后果？ 8-3 余隙容积的影响 一、余隙容积（clearance volume） 产生原因 布置进、排气结构 制造公差 部件热膨胀 几个名词： 气缸工作容积(活塞排量) Vh(=V1–V3) （ cylinder displacement; stroke volume; piston displacement; piston swept volume） 余隙容积Vc（=V3） 有效吸气容积Ves（=V1–V4） 余隙容积比(clearance-to-piston displacement ratio) ? =Vc/Vh 8-3 余隙容积的影响 生产过程： 1-2 质量m1气体压缩：p1?p2 2-3 气体排向储气罐 3-4 气体膨胀p2 ? p1 4-1 气体吸入气缸 生产量(每周期)： 8-3 余隙容积的影响 二、余隙容积对生产量的影响 容积效率（volumetric efficiency） 讨论： 8-3 余隙容积的影响 三、余隙容积对理论耗功的影响 8-3 余隙容积的影响 即余隙对理论耗功无影响（实际上还是使耗功增大）。 归纳： 余隙存在使 1）生产量下降 2）实际耗功增大 有害容积 8-4 多级压缩和级间冷却 一、多级压缩 分级压缩（multistage compression） ， 级间冷却（intervening cooling ） 。 工程上需要高压气体， 但压缩过程中随 p 升高 T 升高；?V 下降。为使 8-4 多级压缩和级间冷却 二、理论耗功分析 1 n 低压缸 a p 中冷器 3 n 高压缸 2 每生产1 kg压缩气体： 令 8-4 多级压缩和级间冷却 推广：若m级，则 讨论： 1）按 选择各级中间压力，优点： a. 各级耗功相等 （总耗功 有利于曲轴平衡 b. 各缸终温相同 小于不如此分配时 各缸终温中最高者，有利于润滑油工作及使可靠性增加。 c. 各级散热相同 各中冷器散热相等 ） 8-4 多级压缩和级间冷却 d. 各缸按比例缩小 e. 对提高整机容积效率?v 有利 2）若分级m??，则趋于定温压缩但由 于体积庞大，系统复杂，可靠性下降，一般2-4级。 3）定温效率(isothermal efficiency) 4）真空泵(vacuum pump)的实质也是压气机，是出口压力为恒值—环境压力，进气压力不断降低的压气机。 例A655355* 例A455155 8-5 叶轮式压气机工作原理 一、简介 叶轮式压气机(turbo-compressor) ： 转速高；连续吸，排气，运转平稳；排气量大 没有余隙影响；但每级压比不高。 二、叶轮式压气机热力学分析 由于排量大，运转快，难冷却，可作绝热压缩考虑。 离心式