1、第九章第九章 压气机的热力过程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。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。通风机（110 kPa)鼓风机（110400 kPa)压气机（400 kPa)压气机的分类：压气机的分类：按工作原理和构造来分：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
2、范围来分：收缩器 静叶片动叶片扩压器机壳转子止推轴承支撑轴承联轴器轴端密封进口导向叶片轴流式压气机结构示意图轴流式压气机结构示意图扩压管进气室进气口叶 轮蜗壳出气口出口扩压器主轴出口扩压器离心式压气机结构示意图出口扩压器空气滤清器进气阀气 缸活 塞散热片排气阀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喷管喷管混合室混合室扩压管扩压管高压工作流体高压工作流体被引射流体被引射流体1p2p2p引射式压缩器引射式压缩器引射器引射器V12abpVV2p201p12同14a1：气体引入气缸12：气体在气缸内进行压缩2b：气体流出气缸，输向 储气筒 不是热力过程，只是气体的移动过程，气体状态不发生
3、变化，缸内气体的数量发生变化。a-1和2-b过程一、工作原理一、工作原理二、压气机的理论耗功量二、压气机的理论耗功量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：tCwvpvpww)(112212 压气机耗功可见压气机耗功以技术功计。V12abpVV2p2021cwvdp 1p12或或活塞式压气机的理论压缩耗功对于理想气体对于理想气体:221211VppdVVpWc 11 01122112 022122112 02211 0121()abbaAAAAAAVdp 221211VppdVVpWc)(112212VpVppdV2121)(
4、pVdpdV21Vdp（1）可逆绝热压缩kkgstsCppTRkkww1121,11 理想气体三种压缩过程耗功量（2）可逆多变压缩nngntnCppTRnnww1121,11（3）可逆定温压缩211121,lnlnppTRvvTRwwggTtTC定温、定熵、多变压缩消耗理论功的比较定温、定熵、多变压缩消耗理论功的比较pvTs12S2T12np2p12S2T2nabp2p1jmncTcncswww 三三、压气机的实际耗功（压气机的效率）、压气机的实际耗功（压气机的效率）2121cscscswhhwhh2121cscscswTTwTT1.1.压气机的实际耗功压气机的实际耗功对于理想气体对于理想气体
5、12sp1p2sT22.2.压气机的绝热效率压气机的绝热效率21cswhh压气机的实际耗功压气机的实际耗功V=VVV h=VV3V4 V3V e12nn4350p有余隙的活塞式压气机的工作过有余隙的活塞式压气机的工作过程程V hV有余隙的压气机工作过程V=VVV h=VV3V4 V3V e12nn4350pV实际进入气缸的气体所占的体积实际进入气缸的气体所占的体积余隙容积为余隙容积为活塞排量活塞排量3eVV13hVVV14VVV有余隙时的理论压气功为有余隙时的理论压气功为假定假定1 12 2及及3 34 4两过程的两过程的n n相同，则相同，则11321 144141111nnnncnppnn
6、WpVp Vnpnp一一、余隙容积对理论压气功的影响余隙容积对理论压气功的影响余隙容积对理余隙容积对理论压气功的论压气功的12341AWcn4350412501AA因为因为,1122114111()1111nnnncnppnnWp VVpVnpnp对于对于1kg气体气体 121111nncnpnwRTnp11321 144141111nnnncnppnnWpVp Vnpnp 表明，不论有表明，不论有无余隙，压缩单位无余隙，压缩单位质量气体所消耗的质量气体所消耗的理论压气功相同。理论压气功相同。121111nnpnmRTnp1432,pppp所以所以同31 二二、余隙对排气量的影响余隙对排气量的
7、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利用率。它用两者的比值容积效率v表示。表示。4331441313133111vVVVVVVVVVVVVV 13434npVVp13213111nVVpVVp 313VVV是余隙与活塞排量的比值，称为余隙比，是余隙与活塞排量的比值，称为余隙比，所以上式可写成所以上式可写成由于由于式中，式中，通常为通常为0.030.08。余隙对排气量的影响余隙对排气量的影响p2p1V1340VVeVh三三、增压比对容积效率的影响增压比对容积效率的影响在相同的余隙比时，提高增压比，
8、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，余隙比缩；而当增压比一定时，余隙比加大，也将使容积效率降低。加大，也将使容积效率降低。总总之，有余隙容积时，虽然理论压之，有余隙容积时，虽然理论压气功不变，但进气功不变，但进气量减气量减13213111nVVpVVp 22p2p2p234少，气缸容积不能充分利用，当压缩同量气体时，必须采用少，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气缸较大的机器，而且这一有害的余隙影响还随
9、增压比的增大而增加。所以应该尽量减小余隙容积。大而增加。所以应该尽量减小余隙容积。93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低压缸中间冷却器高压缸1p2p3p冷却水多级压缩、级间冷却压气机装置系统3T3n3p3p2p1p21vs133s2Tp1p2p33T3s3n22多级压缩级间多级压缩级间冷却的压气机冷却的压气机 热力过程在热力过程在p-p-V V图和图和T-sT-s图上图上的表示的表示211111123112112321121,nnnngnngnngHCLCCppppTRnnppTRnnppTRnnwww设两级压缩的多变指数相同，且12TT
10、)(2121231121pfppppTRnnwnnnngC02pwC213231221ppppppp或同理，对于m级压缩、级间冷却：mippmmi,2,11111111,nngmiiCCTRnnmww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：CTCTCww,94叶轮式压气机的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
11、小。叶轮式压气机分为离心式与轴流式两种型式。一、叶轮式压气机工作原理收缩器 静叶片动叶片扩压器机壳转子止推轴承支撑轴承联轴器轴端密封进口导向叶片轴流式压气机结构示意图轴流式压气机结构示意图二、叶轮式压气机分析不可逆绝热压缩12定熵压缩过程12s理想压缩过程mjsCsTAhhw2212实际压缩过程212 2TCjnjwhhA nmmSCCSAhhww2222,压气机的绝热效率1212,hhhhwwSCSCSC例题 判断A、B哪组仪表测量的参数是正确的，并说明理由；压气机的实际耗功(kJ/kg)；理想情况下压气机的耗功(kJ/kg)；该压气机的效率。解 判断正确的测量参数Ts122由如图所示的理论
12、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。p1p2一压气机绝热压缩空气，已知进入压气机的空气参数为 p10.1MPa，t110，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 cp1.005 kJ/(kgK)，k1.4。11.4 121.4211283 7493KkkAApTTpA11.4 121.4211283 8513KkkBBpTTpB实际测量温度实际测量温度22250273523KAATT22230273503KBBTTTs122可知可知A A表测量的结果是正确的表测量的结果是正确的,即
13、即12211kkpTTp 由由计算出各测量压力下对应的理论出口温度，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。然后与测量值比较大小。22523K,ATT22493KATT例题 压缩机的实际耗功压缩机的实际耗功Ts122 压缩机的理论耗功压缩机的理论耗功2121()cspwhhc TT 该压缩机的效率该压缩机的效率2121()cspwhhc TT1212cscscswTTwTT例题SgPdLaI7F3C0y)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiQfNcK8H5E2
14、A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4C1z-w&t!qYmVjRgOdL9I6F3B0y(v%s#oXlUiQfNbK8H5D2A+x*u$qZnWkShPeMaJ7F4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8G5D2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C0z)w&s!pYmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r#oWlTiQeNbK8G5D1A-x*t$qZnVkSgPdMaI7F4C0z)v&s!pXmUjRfOcK9H6E2B+y(u%rZoWlThQeNbJ8G4D1A-w*t$qYnVjSgPdLaI7F3C0y)v&s#pXm
15、UiRfOcK9H5E2B+x(u%rZoWkThQeMbJ8G4D1z-w*t!qYnVjSgOdLaI6F3C0y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4D1z-w&t!qYmVjSgOdL9I6F3B0y)v%s#oXlUiQfNcK8H5D2A+x*u$rZnWkShPeMaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$qZnWkShPdMaJ7F4C1z)w&s!pYmUjRgOcL9H6E3B+y(v%r#oWlTiQeNbK8G5D1A-x*t$qZnVkSgPdMaI7F
16、4C0z)w&s!pXmUjRfOcL9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdLaI7F3C0z)v&s#pXmUiRfOcK9H5E2B+x(u%rZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t!qYnVjSgPdLaI6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1z-w&t!qYmVjSgOdL9I6F3B0y)v%s#pXlUiQfNcK8H5E2A+x*u$rZnWkThPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$qZ
17、nWkShPeMaJ7F4C1z)w&t!pYmUjRgOcL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pXmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r#oWlTiQeNbJ8G5D1A-x*t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t!qYnVjSgPdLaI7F3C0y)v&s#pXmUiRfNcK9H5A-x*t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlThQeNbJ8G4
18、D1A-w*t$qYnVjSgPdLaI7F3C0y)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4C1z-w&t!qYmVjRgOdL9I6F3B0y(v%s#oXlUiQfNbK8H5D2A+x*u$qZnWkShPeMaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8G5D2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C0z)w&s!pYmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r#o
19、WlTiQeNbK8G5D1A-x*t$qZnVkSgPdMaI7F4C0z)v&s!pXmUjRfOcK9H6E2B+y(u%rZoWlThQeNbJ8G4D1A-w*t$qYnVjSgPdLaI7F3C0z)v&s#pXmUiRfOcK9H5E2B+x(u%rZoWkThQeMbJ8G4D1z-w*t!qYnVjSgOdLaI6F3C0y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1z-w&t!qYmVjSgOdL9I6F3B0y)v%s#oXlUiQfNcK8H5D2A+x*u$rZnWkShPeMaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I
20、6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$qZnWkShPdMaJ7F4C1z)w&s!pYmUjRgOcL9H6E3B+y(v%r#oWlTiQeNbK8G5D1A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pXmUjRfOcL9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdLaI7F3C0z)v&s#pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t!qYnVjSgPdLaI6F3C0y)v&s#pXlUibJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdLaI7F3C0z)v&s!pXm
21、UiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t!qYnVjSgPdLaI6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiQfNcK8H5E2A+x*u$rZnWkThPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlUiQfNbK8H5D2A+x*u$qZnWkShPeMaJ7F4C1z)w&t!pYmUjRgOcL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaJ7F
22、4C0z)w&s!pYmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r#oWlTiQeNbJ8G5D1A-x*t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+y(u%rZoWlThQeNbJ8G4D1A-w*t$qYnVjSgPdLaI7F3C0y)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3C0y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4C1z-w&t!qYmVjRgOdL9I6F3B0y(v%s#oXlUiQfNbK8H5D2A+x*u$rZ
23、nWkShPeMaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8G5D2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C0z)w&s!pUiQfNcK8H5D2A+x*u$rZnWkShPeMaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8G5D2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C1z)w&s!pYmUjRgOcL9H6E3B+y(v%r#oWlTiQeNbK8G5D1A-x*t$qZnVkSgPdMaI7F4C0z)v&s!pXmUjRfOcK9H6E2B+y(u%rZoWlThQeNbJ8G5
24、D1A-w*t$qYnVkSgPdLaI7F3C0z)v&s#pXmUiRfOcK9H5E2B+x(u%rZoWkThQeMbJ8G4D1z-w*t!qYnVjSgOdLaI6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1z-w&t!qYmVjSgOdL9I6F3B0y)v%s#oXlUiQfNcK8H5D2A+x*u$rZnWkThPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$qZnWkShPdMaJ7F4C1z)w&s!pYmUjRgOcL9H6E3B+y(v%r#o
25、XlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pXmUjRfOcL9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYngOcL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pXmUjRfOcL9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-x*t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t!qYnVjSgPdLaI6F3C0y)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2
26、B+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiQfNcK8H5E2A+x*u$rZnWkThPeMbJ7G4C1z-w&t!qYmVjRgOdL9I6F3B0y(v%s#oXlUiQfNbK8H5D2A+x*u$qZnWkShPeMaJ7F4C1z)w&t!pYmUjRgOcL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQfNbK8G5D2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C0z)w&s!pYmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r#oWlTiQeNbJ8G5D1A-x*t$qYnVkSgPdMaI7F4C0z)v&s!pXm
27、UjRfOcK9H6E2B+y(u%rZoWlThMaJ7F4C0z)w&s!pYmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r#oWlTiQeNbJ8G5D1A-x*t$qZnVkSgPdMaI7F4C0z)v&s!pXmUjRfOcK9H6E2B+y(u%rZoWlThQeNbJ8G4D1A-w*t$qYnVjSgPdLaI7F3C0y)v&s#pXmUiRfOcK9H5E2B+x(u%rZoWkThQeMbJ8G4D1z-w*t!qYnVjSgOdLaI6F3C0y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4D1z-w&t!qYmVjSgOdL9I6F3B
28、0y)v%s#oXlUiQfNcK8H5D2A+x*u$rZnWkShPeMaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$qZnWkShPdMaJ7F4C1z)w&s!pYmUjRgOcL9H6E3B+y(v%r#oWlTiQeNbK8G5D1A-x*t$qZnVkSgPdMaI7F4C0z)w&s!pXmUjRfOcL9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdLaI7F3Cv%r#oWlTiQeNbK8G5D1A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pXmUjRf
29、OcL9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdLaI7F3C0z)v&s#pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t!qYnVjSgPdLaI6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiQfNcK8H5E2A+x*u$rZnWkThPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A+x*u$qZnWkShPeMaJ7F4C1z)w&t!pYmUjRgOcL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pYmQfNbK8H5D2A+x*u$qZnWkShPe
