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* * 工程热力学课件 华北电力大学（北京） 动力工程系 工程热物理教研室制作 2005年5月 第九章 压气机的热力过程 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。 概述 罗茨式压气机 ? 按工作原理分 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 ? 按压头高低分 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：? 压气机不是动力机，压气机中进行的过程? 不是循环 §9–1 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? 1-2：压缩，耗外功 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。 二.理论耗功 所以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 讨论：a） 理想压缩是? 等温压缩 b）通常为多变压缩,?1nk §9–2 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： 余隙容积: Vc（=V3） 气缸工作容积(活塞排量):? Vh(=V1–V3)? --?cylinder?displacement;?stroke?volume;? piston?displacement; piston?swept?volume 余隙容积比: (clearance-to-piston displacement ratio) ?=Vc/Vh 有效吸气容积: Ves（=V1–V4） 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)： 二.余隙容积对生产量的影响 容积效率—volumetric?efficiency 讨论： 三.余隙容积对理论耗功的影响 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 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。 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。也可以减少压气机所消耗的轴功（p-V图中阴影面积)。 s T 1 3’ 2 2’ §9–3 多级压缩和级间冷却? 两级压缩中间冷却分析 有一个最佳增压比 省功 最佳增压比的推导 省功 最佳增压比的推导 省功 欲求w分级最小值， 最佳增压比的推导 省功 w分级最小值， 最佳增压比 可证明 若m级 分级压缩的其它好处 润滑油要求t160~180℃,高压压气机必须分级 分级压缩的级数 省功 分级 降低出口温 多级压缩达到 无穷多级 (1)不可能实现 (2)结构复杂(成本高) 所以，一般采用 2 ~ 4 级压缩 T 活塞式压气机的定温效率—isothermal?efficiency 例：压气机若已实现等温压缩，是否还有必要进行分级 压缩，中间冷却，为什么？ 答：需要，虽然实现等温压缩 后耗功最小，但若压比过 大， ? v仍很小，分级后有 助于提高? v，如图。 若以p1=0.1MPa，p2=2.5MPa ?=0.04计算 单级压缩 二级压缩