第九章 壓氣機(jī)的熱力過(guò)程

工程熱力學(xué)課程名稱(chēng)：工程熱力學(xué)授課對(duì)象：南華大學(xué)核反應(yīng)堆工程專(zhuān)業(yè)責(zé)任教師：李小華所屬教研室：核反應(yīng)堆工程系教研室辦公地點(diǎn)：南華大學(xué)核科學(xué)技術(shù)學(xué)院辦公樓405室Email:lxh4780319@sohuTEL九章壓氣機(jī)的熱力過(guò)程第九章壓氣機(jī)的熱力過(guò)程教學(xué)目標(biāo)：使學(xué)生了解壓氣機(jī)熱力過(guò)程。知識(shí)點(diǎn)：活塞式壓氣機(jī)工作原理，耗功量計(jì)算；余隙容積對(duì)壓氣機(jī)性能的影響；多級(jí)壓縮與級(jí)間冷卻；葉輪式壓氣機(jī)的工作原理。重點(diǎn)：壓氣機(jī)耗功量的計(jì)算方法，提高壓氣機(jī)效率的方法和途徑。難點(diǎn)：多級(jí)壓縮過(guò)程中各級(jí)增壓比的確定，提高壓氣機(jī)效率的方法和途徑。

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(lái)得到壓縮氣體的一種工作機(jī)。1)壓氣機(jī)9.0引言按工作原理和構(gòu)造：活塞式壓氣機(jī)葉輪式壓氣機(jī)特殊引射式壓縮器按壓縮氣體壓力范圍：2)壓氣機(jī)的分類(lèi)9.0引言通風(fēng)機(jī)（＜110kPa)鼓風(fēng)機(jī)（110~400kPa)壓氣機(jī)（>400kPa)收縮器

靜葉片動(dòng)葉片擴(kuò)壓器機(jī)殼轉(zhuǎn)子止推軸承支撐軸承聯(lián)軸器軸端密封進(jìn)口導(dǎo)向葉片軸流式壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖3)軸流式壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖9.0引言擴(kuò)壓管進(jìn)氣室進(jìn)氣口葉輪蝸殼出氣口出口擴(kuò)壓器主軸出口擴(kuò)壓器離心式壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖4)離心式壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖9.0引言空氣濾清器進(jìn)氣閥氣缸活塞散熱片排氣閥單級(jí)活塞式壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖5)單級(jí)活塞式壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖9.0引言噴管混合室擴(kuò)壓管高壓工作流體被引射流體引射式壓縮器——引射器6)引射式壓縮器——引射器9.0引言9-1pva1)工作原理9.1單級(jí)活塞式壓氣機(jī)的工作原理和理論耗功量pva1)工作原理9.1單級(jí)活塞式壓氣機(jī)的工作原理和理論耗功量pva1)工作原理9.1單級(jí)活塞式壓氣機(jī)的工作原理和理論耗功量pva1)工作原理9.1單級(jí)活塞式壓氣機(jī)的工作原理和理論耗功量pva11)工作原理9.1單級(jí)活塞式壓氣機(jī)的工作原理和理論耗功量pva11)工作原理9.1單級(jí)活塞式壓氣機(jī)的工作原理和理論耗功量pva11)工作原理9.1單級(jí)活塞式壓氣機(jī)的工作原理和理論耗功量pva11)工作原理9.1單級(jí)活塞式壓氣機(jī)的工作原理和理論耗功量pva121)工作原理9.1單級(jí)活塞式壓氣機(jī)的工作原理和理論耗功量pva121)工作原理9.1單級(jí)活塞式壓氣機(jī)的工作原理和理論耗功量pva121)工作原理9.1單級(jí)活塞式壓氣機(jī)的工作原理和理論耗功量pva12同141)工作原理9.1單級(jí)活塞式壓氣機(jī)的工作原理和理論耗功量pva121)工作原理9.1單級(jí)活塞式壓氣機(jī)的工作原理和理論耗功量pva12同141)工作原理9.1單級(jí)活塞式壓氣機(jī)的工作原理和理論耗功量V１12abpVV2p20a－1：氣體引入氣缸1－2：氣體在氣缸內(nèi)進(jìn)行壓縮2－b：氣體流出氣缸，輸向儲(chǔ)氣筒不是熱力過(guò)程，只是氣體的移動(dòng)過(guò)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

a-1和2-b過(guò)程1)工作原理9.1單級(jí)活塞式壓氣機(jī)的工作原理和理論耗功量壓縮氣體的生產(chǎn)過(guò)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(guò)程耗功與進(jìn)、排氣過(guò)程推動(dòng)功的代數(shù)和：壓氣機(jī)耗功可見(jiàn)壓氣機(jī)耗功以技術(shù)功計(jì)。2)壓氣機(jī)的理論耗功量9.1單級(jí)活塞式壓氣機(jī)的工作原理和理論耗功量V１12abpVV2p20或2)壓氣機(jī)的理論耗功量9.1單級(jí)活塞式壓氣機(jī)的工作原理和理論耗功量對(duì)于理想氣體（1）可逆絕熱壓縮理想氣體三種壓縮過(guò)程耗功量2)壓氣機(jī)的理論耗功量9.1單級(jí)活塞式壓氣機(jī)的工作原理和理論耗功量（2）可逆多變壓縮（3）可逆定溫壓縮2)壓氣機(jī)的理論耗功量9.1單級(jí)活塞式壓氣機(jī)的工作原理和理論耗功量pvTs12S2T12np2p12S2T2nabp2p1jmn結(jié)論：3)定溫、定熵、多變壓縮消耗理論功的比較9.1單級(jí)活塞式壓氣機(jī)的工作原理和理論耗功量V=V１－V４V

h=V１－V3V4–V3V

e12nn4350p有余隙的活塞式壓氣機(jī)的工作過(guò)程V

hV9.2余隙容積的影響V=V１－V４V

h=V１－V3V4–V3V

e12nn4350pV實(shí)際進(jìn)入氣缸的氣體所占的體積余隙容積為活塞排量有余隙時(shí)的理論壓氣功為假定1—2及3—4兩過(guò)程的n相同，則1)余隙容積對(duì)理論壓氣功的影響9.2余隙容積的影響因?yàn)?對(duì)于1kg氣體

表明，不論有無(wú)余隙，壓縮單位質(zhì)量氣體所消耗的理論壓氣功相同。所以1)余隙容積對(duì)理論壓氣功的影響9.2余隙容積的影響

二、顯然，有效的吸氣容積小于活塞排量，降低了活塞排量的利用率。它用兩者的比值容積效率ηv表示。是余隙與活塞排量的比值，稱(chēng)為余隙比，所以上式可寫(xiě)成由于式中，通常為0.03～0.08。所以2)余隙對(duì)排氣量的影響9.2余隙容積的影響p2p1V1340VVcVh在相同的余隙比時(shí)，提高增壓比，將減小容積效率，因此當(dāng)需要獲得較高壓力時(shí)，必須采用多級(jí)壓縮，而當(dāng)增壓比一定時(shí)，余隙比加大，也將使容積效率降低總之，有余隙容積。時(shí)雖然理論壓氣功不變，但進(jìn)氣量減少，氣缸容積不能充分利用，當(dāng)壓縮同量氣體時(shí)，必須采用氣缸較大的機(jī)器，而且這一有害的余隙影響還隨增壓比的增大而增加。所以應(yīng)該盡量減小余隙容積。3)增壓比對(duì)容積效率的影響9.2余隙容積的影響0)作用9.3多級(jí)壓縮和級(jí)間冷卻省功（減少壓縮過(guò)程的多變指數(shù)）避免單級(jí)壓縮因增壓比太高而影響容積效率多級(jí)壓縮、級(jí)間冷卻壓氣機(jī)裝置系統(tǒng)圖低壓缸中間冷卻器高壓缸冷卻水1)兩級(jí)壓縮、中間冷卻壓氣機(jī)9.3多級(jí)壓縮和級(jí)間冷卻3T3n3p3p2p1p21vs133s2T多級(jí)壓縮級(jí)間冷卻的壓氣機(jī)熱力過(guò)程在p-V圖和T-s圖上的表示p1p2p33T3s3n1)兩級(jí)壓縮、中間冷卻壓氣機(jī)9.3多級(jí)壓縮和級(jí)間冷卻耗功量設(shè)兩級(jí)壓縮的多變指數(shù)相同，且2)兩級(jí)壓縮、中間冷卻分析9.3多級(jí)壓縮和級(jí)間冷卻

最佳增壓比同理，對(duì)于m級(jí)壓縮、級(jí)間冷卻：2)兩級(jí)壓縮、中間冷卻分析9.3多級(jí)壓縮和級(jí)間冷卻

設(shè)計(jì)原則與特點(diǎn)每級(jí)壓氣機(jī)所需的功相等，有利于壓氣機(jī)曲軸的平衡每個(gè)氣缸中氣體壓縮后所達(dá)到的最高溫度相同每級(jí)向外排出的熱量相等各級(jí)氣缸容積按增壓比遞減2)兩級(jí)壓縮、中間冷卻分析9.3多級(jí)壓縮和級(jí)間冷卻

壓氣機(jī)定溫效率活塞式壓氣機(jī)無(wú)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(guò)程。工程上采用壓氣機(jī)的定溫效率來(lái)作為活塞式壓氣機(jī)性能優(yōu)劣的指標(biāo)：2)兩級(jí)壓縮、中間冷卻分析9.3多級(jí)壓縮和級(jí)間冷卻1)葉輪式壓氣機(jī)工作原理9.4葉輪式壓氣機(jī)的工作原理與活塞式壓氣機(jī)相比，葉輪式壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，輸氣量大，輸氣均勻且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，效率高。缺點(diǎn)是增壓比小。葉輪式壓氣機(jī)分為離心式與軸流式兩種型式。收縮器

靜葉片動(dòng)葉片擴(kuò)壓器機(jī)殼轉(zhuǎn)子止推軸承支撐軸承聯(lián)軸器軸端密封進(jìn)口導(dǎo)向葉片2)軸流式壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖9.4葉輪式壓