ch9知識資料壓氣機的熱力過程

p0p2pbpcr①②③①環(huán)境壓力正好等于臨界壓力——出口p2=pcr=pb②環(huán)境壓力高于臨界壓力——出口p2=pb③環(huán)境壓力低于臨界壓力——出口p2=pcr壓力分布pLX=LX0

第九章壓氣機的熱力過程

壓縮空氣有大量的需求消耗動力，制造壓縮空氣，以供動力工程、冶金、大中型內(nèi)燃機、風動工具、化工、潛水、醫(yī)療等等各類使用。壓縮空氣有大量的需求消耗動力，制造壓縮空氣，以供動力工程、冶金、大中型內(nèi)燃機、風動工具、化工、潛水、醫(yī)療等等各類使用。壓氣機的工作原理和結(jié)構(gòu)分類：活塞式壓氣機葉輪式壓氣機特殊引射式壓縮器按動作原理與構(gòu)造分類：通風機

表壓0.01MPa以下鼓風機

居于中間值壓氣機

表壓0.3MPa以上按壓縮氣體壓力分類：真實壓力=表壓力+大氣壓力本章主要內(nèi)容：以活塞式壓氣機為重點，分析壓縮氣體生產(chǎn)過程的熱力學特性。從熱力學觀點出發(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。第一節(jié)單級活塞式壓氣機的工作原理和理論耗功量(可逆條件下)◆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

一、工作原理（過程）◆

f→1和2→g過程不是熱力過程，只是氣體的移動過程，氣體狀態(tài)不發(fā)生變化，只是缸內(nèi)的氣體發(fā)生數(shù)量變化。◆只有1→2是熱力過程。1→2過程熱力過程，氣體的參數(shù)發(fā)生變化。過程耗功量可由圖中過程線1→2與V軸所包圍的面積表示。有兩種極限情況：絕熱過程1→2s

（快，無傳熱，有溫升）定溫過程1→2T

（慢，有傳熱，無溫升）實際壓縮過程1→2n介于其間（有傳熱，有無溫升）？T-s圖1→2過程熱力過程，氣體的參數(shù)發(fā)生變化。過程耗功量可由圖中過程線1→2與V軸所包圍的面積表示。有兩種極限情況：絕熱過程1→2s

（快，無傳熱，有溫升）定溫過程1→2T

（慢，有傳熱，無溫升）實際壓縮過程1→2n介于其間（有傳熱，有無溫升）二、壓氣機的理論耗功壓氣機耗功壓縮氣體的生產(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，即技術(shù)功：可見，壓氣機耗功以技術(shù)功wc來計。三種可逆壓縮過程耗功量（1）可逆絕熱壓縮（2）可逆多變壓縮（3）可逆定溫壓縮三種壓縮過程的耗功量比較三種壓縮過程的耗功量比較?絕熱壓縮溫度升高，不利于機器；?絕熱壓縮后比體積較大，也不利于儲氣?！粢虼?，應(yīng)盡量向等溫壓縮接近。第二節(jié)多級壓縮和級間冷卻由前所述，等溫壓縮最有利，因設(shè)法使n接近1。使用“水套冷卻”和“多級壓縮級間冷卻”方法，就是上述目的。一、“多級壓縮+級間冷卻”壓氣機低壓氣缸吸入氣體e-1低壓氣缸氣體壓縮1-2氣體排出低壓氣缸2-f壓縮氣體進中間冷卻器f-2；冷卻后氣體排出冷卻器2’-f；氣體在冷卻器定壓放熱2-2’，T2’=T1冷卻后氣體進入高壓氣缸f-2’壓縮后氣體排出高壓氣缸進入儲氣筒3-g高壓氣缸中氣體壓縮2’-3不分級壓縮消耗功：e13’ge分級壓縮消耗功：e12fe+f2’3gf分級壓縮可省功：2’23’32（陰影面積）以此類推，壓縮級數(shù)越多越接近定溫壓縮過程。二、兩級壓縮、中間冷卻分析耗功量:設(shè)兩級壓縮的多變指數(shù)相同，則低壓缸高壓缸最佳增壓比令：則各級增壓比相同，各級耗功相同。同理，對于m級壓縮、級間冷卻：壓氣機總耗功為：多級壓氣機的設(shè)計原則與特點每級壓氣機所需的功相等，有利于壓氣機曲軸的平衡每個氣缸中氣體壓縮后所達到的最高溫度相同每級氣缸和冷卻器向外排出的熱量相等各級氣缸容積按增壓比遞減分級壓縮使每級壓縮比減小，有利于容積效率的提高壓氣機定溫效率

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：可逆定溫壓縮消耗功實際壓縮消耗功第三節(jié)余隙容積的影響一、余隙容積(加工、安裝、材料要求)當活塞運動到上死點位置時，活塞頂面與氣缸蓋間留有一定的空隙，為余隙容積Vc，Vh為氣缸排量：3→4為余隙容積剩余氣體的膨脹過程（多變過程，此時不能進氣）；4→1為有效進氣（4才等于外壓力）。制造公差、冷熱脹縮、安裝零件二、余隙容積的影響（1）生產(chǎn)量有效吸氣容積：容積效率：實際吸氣量氣缸排量增壓比π容積效率：結(jié)論：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。（2）理論耗功量：可見，如果增壓比相同，有余隙容積的理論消耗功與無余隙容積時的相同，即：余隙不影響理論功量。但是余隙容積影響容積效率，浪費空間。第四節(jié)葉輪式壓氣機的工作原理一、葉輪式壓氣機工作原理離心式一、葉輪式壓氣機工作原理活塞式壓氣機缺點是單位時間產(chǎn)氣量小，受間隙吸氣排氣以及余隙容積的影響。葉輪式壓氣機可以彌補這個缺陷，結(jié)構(gòu)緊湊，產(chǎn)氣量大。但是每一級的增壓比小，對于高壓要求，需要設(shè)計的級數(shù)比較多；摩擦損耗比較大；設(shè)計制造要求高。與其同軸安裝的壓氣機葉輪工作，新鮮空氣在壓氣機內(nèi)增壓后進入氣缸。渦輪增壓的最大優(yōu)點是燃油經(jīng)濟性好，并可大幅度降低有害氣體的排放和噪聲水平。缺點是低速時排氣能量低，增壓效果差，低速加速性能較差。（渦輪增壓型汽車跑城市與高速公路的不同點在于此）將發(fā)動機發(fā)出的廢氣引入渦輪機，廢氣的能量推動渦輪機葉輪旋轉(zhuǎn)，并帶動軸流式氣流進入壓氣機經(jīng)收縮器提高初速氣流被導流片改為軸向運動動葉片推動氣流產(chǎn)生高流速逐級增壓，最后經(jīng)擴壓氣出口排出高速氣流經(jīng)定葉片減速并增壓冷卻后氣體進入高壓氣缸f-2’增壓過程——二、葉輪式壓氣機分析理想壓縮過程定熵壓縮過程1→2s實際壓縮過程（特點）不可逆絕熱壓縮1→2’多耗功：壓氣機的絕熱效率因葉輪式壓氣機一般不冷卻，所