第九章 压气机的热力过程

1. 第九章 压气机的热力过程 教学目标：使学生了解压气机热力过程。 知识点：活塞式压气机工作原理，耗功量计算；余隙容积对压气机性能的影响；多级压缩与级间冷却；叶轮式压气机的工作原理。 重 点：压气机耗功量的计算方法，提高压气机效率的方法和途径。 难 点：多级压缩过程中各级增压比的确定，提高压气机效率的方法和途径。

2. 压气机 　压气机是生产压缩气体的设备，它不是动力机，而是用消耗机械能来得到压缩气体的一种工作机。

3. 压气机的分类： 按工作原理和构造来分： 通风机（＜110 kPa) 鼓风机（110～400 kPa) 压气机（>400 kPa) 活塞式压气机 叶轮式压气机 特殊引射式压缩器 按压缩气体压力范围来分：

4. 轴流式压气机结构示意图 轴流式压气机结构示意图 轴端密封 联轴器 静叶片 动叶片 止推轴承 转子 支撑轴承 收缩器 进口导向叶片 机壳 扩压器

5. 离心式压气机结构示意图 离心式压气机结构示意图 出气口 出口扩压器 出口扩压器 出口扩压器 主轴 进气室 扩压管 进气口 叶 轮 蜗壳

6. 单级活塞式压气机结构示意图 单级活塞式压气机结构示意图 进气阀 气 缸 活 塞 空气滤清器 散热片 排气阀

7. 引射式压缩器——引射器 引射式压缩器——引 射 器 混合室 扩压管 喷管 高压工作流体 被引射流体

8. 9-1 单级活塞式压气机的工作原理和理论耗功量

9. 同14 一、工作原理 p a－1：气体引入气缸 p2 2 b 1－2：气体在气缸内进行压缩 2－b：气体流出气缸，输向 储气筒 1 • a-1和2-b过程 a 不是热力过程，只是气体的移动过程，气体状态不发生变化，缸内气体的数量发生变化。 0 V V2 V１

10. 二、压气机的理论耗功量 • 压气机耗功 　　压缩气体的生产过程包括气体的流入、压缩和输出，所以压气机耗功应等于压缩过程耗功与进、排气过程推动功的代数和： 可见压气机耗功以技术功计。

11. 活塞式压气机的理论压缩耗功 对于理想气体: p p2 2 b 1 a 或 0 V V2 V１

12. 理想气体三种压缩过程耗功量 （1）可逆绝热压缩

13. （2）可逆多变压缩 （3）可逆定温压缩

14. 定温、定熵、多变压缩消耗理论功的比较 p T p2 2S 2n 2T 2S p2 a 2n p1 2T p1 1 b 1 v j m n s 结论：

15. 压气机的实际耗功 三、压气机的实际耗功（压气机的效率） 1.压气机的实际耗功 T p2 2‘ 2s p1 2.压气机的绝热效率 1 s 对于理想气体

16. 9-2 余隙容积的影响

17. 有余隙的压气机工作过程 p 3 2 有余隙的活塞式压气机的工作过程 5 n n 0 1 4 V V=V１－V４ Ve V4 –V3 Vh=V１－V3 Vh

18. 余隙容积对理论压气功的 一、余隙容积对理论压气功的影响 p 3 2 5 余隙容积为 活塞排量 n n 实际进入气缸的气体所占的体积 0 1 4 有余隙时的理论压气功为 V=V１－V４ V Ve V4 –V3 Vh=V１－V3 假定1—2及3—4两过程的n相同，则

19. 同31 因为, 所以 表明，不论有无余隙，压缩单位质量气体所消耗的理论压气功相同。 对于1kg气体

20. 余隙对排气量的影响 二、余隙对排气量的影响 显然，有效的吸气容积小于活塞排量，降低了活塞排量的利用率。它用两者的比值容积效率ηv表示。 由于 所以上式可写成 式中， 是余隙与活塞排量的比值，称为余隙比， 通常为0.03～0.08。

21. 三、增压比对容积效率的影响 p 在相同的余隙比时，提高增压比，将减小容积效率，因此当需要获得较高压力时，必须采用多级压缩；而当增压比一定时，余隙比加大，也将使容积效率降低。总之，有余隙容积时，虽然理论压气功不变，但进气量减 3 2 p1 4 1 0 V V Ve Vh 少，气缸容积不能充分利用，当压缩同量气体时，必须采用气缸较大的机器，而且这一有害的余隙影响还随增压比的增大而增加。所以应该尽量减小余隙容积。

22. 9－3　多级压缩和级间冷却 省功（减少压缩过程的多变指数） 避免单级压缩因增压比太高而影响容积效率

23. 多级压缩、级间冷却压气机装置系统 一、两级压缩、中间冷却压气机 多级压缩、级间冷却压气机装置系统图 中间冷却器 冷却水 高压缸 低压缸

24. 多级压缩级间冷却的压气机 热力过程在p-V图和T-s图上的表示 多级压缩级间冷却的压气机 热力过程在p-V图和T-s图上的表示 p T p3 3T p3 3 3n 3s 3s p2 3n p1 2 3 p2 2 3T 1 p1 1 s v

25. 二、两级压缩、中间冷却分析 • 　耗功量 　　设两级压缩的多变指数相同，且

26. 二、两级压缩、中间冷却分析 • 　最佳增压比 同理，对于m级压缩、级间冷却：

27. 二、两级压缩、中间冷却分析 • 　设计原则与特点 • 每级压气机所需的功相等，有利于压气机曲轴的平衡 • 每个气缸中气体压缩后所达到的最高温度相同 • 每级向外排出的热量相等 • 各级气缸容积按增压比递减

28. 二、两级压缩、中间冷却分析 • 　压气机定温效率 　　活塞式压气机无论是单级或多级压缩都应尽可能采用冷却措施，力求接近定温过程。 　　工程上采用压气机的定温效率来作为活塞式压气机性能优劣的指标：

29. 9－4　叶轮式压气机的工作原理 一、叶轮式压气机工作原理 与活塞式压气机相比，叶轮式压气机结构紧凑，输气量大，输气均匀且运转平稳，效率高。缺点是增压比小。 叶轮式压气机分为离心式与轴流式两种型式。

30. 轴流式压气机结构示意图 轴流式压气机结构示意图 轴端密封 联轴器 静叶片 动叶片 止推轴承 转子 支撑轴承 收缩器 进口导向叶片 机壳 扩压器

31. 二、叶轮式压气机分析 • 理想压缩过程 定熵压缩过程1－2s • 实际压缩过程 不可逆绝热压缩1－2’ • 压气机的绝热效率

32. 例题 一压气机绝热压缩空气，已知进入压气机的空气参数为 p1＝0.1MPa， t1＝10℃，用A组仪表测得出口处的空气状态参数为温度250℃、压力 0.7MPa，用B组仪表测得其参数为温度230℃、压力0.8MPa，空气比热 cp＝1.005 kJ/(kg•K)，k＝1.4。 ① 判断A、B哪组仪表测量的参数是正确的，并说明理由； ② 压气机的实际耗功(kJ/kg)； ③ 理想情况下压气机的耗功(kJ/kg)； ④ 该压气机的效率。 T p2 2 p1 解 ①判断正确的测量参数 由如图所示的理论与实际压缩过程，可知实际压缩终态的温度大于理论压缩终态的温度。 1 s

33. 例题 由 计算出各测量压力下对应的理论出口温度， 然后与测量值比较大小。 T A 2 B 1 实际测量温度 s 可知A表测量的结果是正确的,即

34. 例题 ② 压缩机的实际耗功 T 2 ③ 压缩机的理论耗功 ④ 该压缩机的效率 1 s

35. 本章结束！