1、第八章压气机的压气过程 1 本章小结 8-1 压气过程的热力学分析 第八章压气机的压气过程 8-2 活塞式压气机的压气过程 8-3 多级压缩 8-4 压气机效率2 压气机Compressor Compressor 是用来压缩气体、提高气体压力的耗功设备； 第八章压气机的压气过程压气机的用途很广，由于使用场合及工作压力范围的不同，压气机在结构形式及工作原理上也有很大差别。 容积型 压缩机的工作原理： 压缩气体的体积，使气体密度增加以提高压缩空气的压力； 速度型 压缩机的工作原理： 利用高速旋转的叶片使气体加速，并使气体的动能转化为气体的压力能，从而提高压缩空气的压力。 第八章压气机的压气过程4
2、第八章压气机的压气过程 按热力学的能量转换的观点，各种压气机的压气过程基本相同。 c t 1 2 ) ( ) ( w h h q 设压气过程为可逆过程，忽略进出口动能、位能变化，则： 2 1 c s d ) ( p v w w t 压气机的能量方程： 8-1 压气过程热力学分析5 第八章压气机的压气过程 工程中的压缩过程，可抽象为绝热压缩、定温压缩和多变压缩。 cT s cn s cs s w w w ) ( ) ( ) ( T n s T T T 2 2 2 T n s v v v 2 2 2 可见 因而，在压缩过程中应力求使工质得 到充分冷却，使之趋于定温压缩。6 第八章压气机的压气过程
3、) ( 1 ) ( 1 ) ( 2 2 1 1 2 1 g 2 1 0 v p v p T T R T T c p 2 1 , c s ) ( h h w s ) 1 ( 1 2 1 1 1 1 p p v p ) 1 ( 1 2 1 1 1 p p T R g 绝热压缩中压气机的耗功： 可逆绝热7 第八章压气机的压气过程 定温过程中压气机的耗功： 1 2 1 g 2 1 1 g 2 1 , c s ln ln ) d ( ) ( v v T R p p T R p v w T T 2 1 , c s ) ( ) ( n n vdp w n n p p v p n n ) 1 ( 1 2 1
4、1 1 1 多变过程中压气机的耗功： n n p p T R n n ) 1 ( 1 2 1 g 1 18 第八章压气机的压气过程 例8-1 （p145） 有一台活塞式空气压缩机，其气缸有水套冷却。若把空气由0.1MPa 、17 的状态压缩到0.6MPa ，按示功图求得压缩过程的多变指数为1.3 。设压缩过程为可逆过程，试求压气机消耗的功及冷却水带走的热量，并与具有相同初始状态、终了压力的可逆绝热压缩及可逆定温压缩的压气过程相比较。 解 （法1 ） n n g n s p p T R n n w ) 1 ( 1 2 1 , 1 1 kJ/kg 7 . 184 ) 0 . 6 1 ( 290 2
5、871 . 0 3 . 0 3 . 1 3 . 1 3 . 0 （法2 ） K 5 . 438 0 . 6 290 3 . 1 3 . 0 / ) 1 ( 1 2 1 2 n n p p T T ) ( 1 2 1 g , T T R n n w n s kJ/kg 7 . 184 ) 5 . 438 290 ( 2871 . 0 3 . 0 3 . 1 对可逆多变压缩过程9 第八章压气机的压气过程 （法1 ） ) 1 ( 1 2 1 , 1 1 p p T R w g s s kJ/kg 8 . 194 ) 0 . 6 1 ( 290 2871 . 0 4 . 0 4 . 1 4 . 1 4
6、 . 0 （法2 ） K 9 . 483 0 . 6 290 4 . 1 4 . 0 / ) 1 ( 1 2 1 2 p p T T ) ( 1 2 1 g , T T R w s s kJ/kg 8 . 194 ) 9 . 483 290 ( 2871 . 0 4 . 0 4 . 1 多变压缩过程中冷却水带走的热量等于压缩过程中空气的放热量 ) ( 1 1 2 0 , 12 T T n n c q V n kJ/kg 4 . 35 ) 290 5 . 438 ( 1 3 . 1 4 . 1 3 . 1 716 . 0 对可逆绝热压缩过程 0 , 12 s q10 第八章压气机的压气过程 kJ
7、/kg 2 . 149 6 . 0 1 . 0 ln 290 2871 . 0 对可逆定温压缩过程 2 1 1 g , ln p p T R w T s w p p T R s T q T 2 1 1 g 12 1 , 12 ln kJ/kg 2 . 149 可逆绝热压缩耗功最多，定温压缩耗功最少。11 第八章压气机的压气过程 有效吸气容积： 最大容积： 余隙容积： 1 V 3 1 h V V V 3 V 8-2活塞式压气机的压气过程 4 1 V V 工作容积( 气缸的排量) ：12 第八章压气机的压气过程 41 34 23 12 c s ) ( W W W W W 压气机的轴功 或 设过程可
8、逆，压缩与膨胀过程性质相同，即 3 4 2 1 d d v p v p 则 压气机的轴功为 其中，m =m 1 m 3 为 每一循环活塞式压气机输出气体的质量。 41 , 34 , 23 , 12 , c s ) ( t t t t W W W W W p v m p v m 4 3 3 2 1 1 d d p v m p v m m W 2 1 2 1 3 1 c s d d ) ( ) ( 2 1 c s d ) ( p v w 则压气机输出单位质量气体消耗的轴功可表示为13 第八章压气机的压气过程 容积效率 h 4 1 V V V V h 3 4 3 1 h 4 1 ) ( ) ( V
9、V V V V V V V V 1 1 1 1 2 h 3 n V p p V V 余隙比 表示压气机工作容积的利用率。 工作容积 有效吸气容积 增压比14 第八章压气机的压气过程 1 1 1 1 2 h 3 n p p V V 如何用图定性地表示容积效率随 增压比及多变指数的变化情况？ 思考题: 容积效率 h 4 1 V V V V V n p p V V 1 2 h 3 、 、 。15 第八章压气机的压气过程 例8-2 (p148) 有一台活塞式空气压气机，其余隙比为0.05 ，进气压力为0.1MPa 、温度为17 ，压缩后压力为0.6MPa 。设压缩过程的多变指数为1.25 ，试求压气机
10、的容积效率。又若压缩终了压力提高到1.6MPa ，问此时容积效率及耗功是多少？ 解按容积效率的公式 1 1 1 1 2 h 3 n V p p V V (1) 当p2 0.6MPa 时 V 1 0.05 (6.01/1.25 1) 0.84 (2) 当p2 1.6MPa 时 V 1 0.05 (161/1.25 1) 0.59 计算表明，提高压缩终了压力时容积效率降低很快。 如容积效率降低到0.5 左右，已没有实用价值了。 ) ( 1 1 ) 1 ( 1 2 1 s n n g p p T R n n w kJ/kg 5 . 308 ) 16 1 ( 290 2871 . 0 25 . 0 2
11、5 . 1 25 . 1 25 . 0 16 第八章压气机的压气过程 8-3多级压缩 为什么要采用多级压缩？ question question ： ：17 第八章压气机的压气过程 还可采用中间冷却器，可降低压缩过程中气体的温度，使压缩终了温度不致过高,也可减少压气机所消耗的轴功。 在需要获得较高压力气体而采用多级压缩时，可把压缩过程分别在几个气缸中完成，可使每级气缸的增压比不会过高，也可便于按各级气缸的工作压力合理设计余隙比，因而多级压缩的压气机可以得到较高的容积效率。 Answer Answer ： ：18 第八章压气机的压气过程 两级压气机所消耗的轴功 1 1 ) 1 ( 1 2 1 g
12、 1 1 c s 1 1 ) ( n n p p T R n n w 2 2 ) 1 ( 2 3 2 g 2 2 1 1 n n p p T R n n 设气体在中冷器充分冷却T 2 T 1 ， 两级压缩多变指数相同，即n 1 n 2 n，则上式可写为 n n n n p p p p n n T R w ) 1 ( 2 3 ) 1 ( 1 2 1 g c s 2 1 ) ( ) ( 1 1 2 ) ( ) 1 ( 1 2 1 min c s n n g p p T R n n w 2 3 1 2 p p p p 3 1 2 p p p ， ，then then 0 d d 2 p w c s
13、If If question question ： ： When the work input is minimum? When the work input is minimum?19 第八章压气机的压气过程 Answer Answer ： ： 当压气机的各级多变指数相同、各级增压比相同、且采用中间冷却措施冷却到初始温度时，压气机耗功最少，且各级耗功量相等 。 如图，两级压缩，余隙容积相同、质量流量相同， 如图，两级压缩，余隙容积相同、质量流量相同，但容积效率不同（高压级小）。 但容积效率不同（高压级小）。20 第八章压气机的压气过程 对 对m m 级压缩，各级增压比相同时 级压缩，各级增压
14、比相同时 m m p p p p 1 max min max 多级压气机一般不超过 多级压气机一般不超过 3 3 级。 级。21 第八章压气机的压气过程 例(p150)在例8-2中，为了把0.1MPa 、17 的空气压缩到1.6 MPa ，现采用一个有中间冷却的两级压气机。设压缩过程的多变指数为1.25，余隙比为0.05，试求容积效率及压气机消耗的轴功。 解设在中间冷却器中空气能冷却到压缩前的初始温度17 ，且压缩过程的多变指数均为1.25 ，则中间压力为 0.4MPa 1.6 1 . 0 3 1 2 p p p 1 1 1 1 2 h 3 n V p p V V 898 . 0 1 ) 4
15、. 0 4 . 0 ( 05 . 0 1 25 . 1 1 ) ( 1 1 2 ) 1 ( 1 2 1 s n n g p p T R n n w kJ/kg 266 ) 0 . 4 1 ( 290 2871 . 0 25 . 0 25 . 1 2 25 . 1 25 . 0 22 第八章压气机的压气过程 8-4压气机效率 通常用压气机效率来说明实际压气机中不可逆因素的影响。 对不采用冷却措施压缩机,其压缩过程可看成绝热过程,其理想过程为定熵过程。 1. 压气机的绝热效率 c,s c s c, s c, ) ( ) ( w w s s 相同初始状态及终了压力下, 定熵压缩过程的轴功与实际的绝热
16、压气过程的轴功之比. 2 1 2, 1 h h h h s 一般轴流式及离心式压气机的绝热效率在0.80 0.90 之间。 2 1 2, 1 T T T T s 绝热 理想气体 比热为常数 压气机的绝热效率：23 第八章压气机的压气过程 c s c, s c, ) ( ) ( w w T T 2. 压气机的定温效率 c,T 对采用冷却措施的压缩机,其理想压缩过程为可逆定温过程。 可逆定温过程的轴功和实际压气过程的轴功之比. 压气机的定温效率:24 第八章压气机的压气过程 例8-4 (p151) 有一台轴流式压气机，把空气由0.1MPa ，压缩到0.8MPa 。设压缩过程为绝热过程，压气机的绝热
17、效率为0.8 。空气的初始温度为17 ，试求压缩终了的温度。 c s c, s c, ) ( ) ( w w s s 2 1 2, 1 h h h h s 2 1 2, 1 T T T T s 绝热 理想气体 比热为常数 分析： s c, 1 2, 1 2 T T T T s s T 2 2 p s 1 p 1 T讨论: 余隙容积对活塞式压气机的影响? 余隙容积的存在理论上不影响压缩单位质量气体所消耗的轴功，但实际上由于存在膨胀和压缩过程的不可逆损失，压气机耗功会增加。余隙容积的存在使气缸有效吸气容积减少，使总输气量减少。 单级活塞式压气机的增压比并不是越高越好，增压比增加一方面会使容积效率降
18、低，同时还使压缩终了温度过高，甚至可能会引起润滑油燃烧而发生爆炸。因此，单级活塞式压气机的增压比不宜过高，一般以不超过10 12 为宜。当需要制取压力较高的压缩气体时，应该采用多级压缩的压气机。 讨论: 活塞式压气机的增压比是否是越高越好？26 第八章压气机的压气过程 1 1 1 1 2 h 3 n p p V V V n p p V V 1 2 h 3 如何用图定性地表示容积效率随 增压比及多变指数的变化情况？ 思考题: 容积效率 h 4 1 V V V V 、 。27 本章小结 第八章压气机的压气过程 1.压气过程（绝热、定温、多变过程） 2. 活塞式压气机的压气过程 3. 多级压缩过程 4. 压气机效率（容积效率、绝热效率、定温效率）
