上海交大工程热力学(第四版)课件-第8章-压气机的热力过程.ppt

1、1第八章第八章 压气机的热力过程压气机的热力过程Processes in Compressor 8-1 概述概述8-2 单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量8-3 余隙容积的影响余隙容积的影响8-4 多级压缩和级间冷却多级压缩和级间冷却8-5 叶轮式压气机工作原理叶轮式压气机工作原理2压缩气体的用途：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、动力机、风动工具、制冷工程、化学工业、潜水作业、 医疗、休闲等。医疗、休闲等。81 概概 述述压头高低压头高低 通风机通风机表压表压0.01MPa以下以下鼓风机鼓风机表压表压0.10.3MPa压气

2、机压气机表压表压0.3MPa以上以上3压气机分类压气机分类按工作原理按工作原理活塞式活塞式压头高，流量小，间隙生产压头高，流量小，间隙生产叶轮式叶轮式压头低，流量大，连续生产压头低，流量大，连续生产4另有罗茨式压气机另有罗茨式压气机(Roots blower),等等。等等。压气机不是动力机，压气机中进行的过程不是循环压气机不是动力机，压气机中进行的过程不是循环582 单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量一、工作原理一、工作原理 0-1：吸气，传输推动功：吸气，传输推动功p1v121 21dwp v2-3：排气，传输推动功：排气，传输推动功p2v2压气机耗功：

3、压气机耗功：2C1 1221dWpVp Vp V注意注意：压气机生产量通常用单位时间里生产气体的标准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。立方米表示，不同于进气或排气状态。21dtV pW 1-2：压缩，耗外功：压缩，耗外功6二、二、 理论耗功理论耗功 2C1dwv pwC取决于初、终态及过程特征取决于初、终态及过程特征1.绝热压缩绝热压缩C,21sswhh2.等温压缩等温压缩C,g 1lnTwR T3.多变压缩多变压缩1C,1 111nnnnwpvn1g 111R T12pp7讨论讨论：a）C,C,C,snTwww理想压缩是理想压缩是 等温压缩等温压缩

4、 b）通常为多变压缩通常为多变压缩, 1nnC22nnnwTv 思考思考 自行车轮胎压力通常应维持在自行车轮胎压力通常应维持在0.25 MPa左右，用手动打气左右，用手动打气 筒向轮胎充气时用湿毛巾包在打气筒外壁，会有什么后果？筒向轮胎充气时用湿毛巾包在打气筒外壁，会有什么后果？TnsTTT222Tnsvvv222883 余隙容积的影响余隙容积的影响一、余隙容积（一、余隙容积（clearance volume） 产生原因产生原因布置进、排气结构布置进、排气结构制造公差制造公差部件热膨胀部件热膨胀几个名词：几个名词：气缸工作容积气缸工作容积(活塞排量活塞排量) Vh(=V1V3) （ cylin

5、der displacement; stroke volume; piston displacement; piston swept volume）余隙容积余隙容积Vc（=V3）有效吸气容积有效吸气容积Ves（=V1V4） 余隙容积比余隙容积比(clearance-to-piston displacement ratio) =Vc/Vh9生产过程：生产过程： 1-2 质量质量m1气体压缩：气体压缩：p1p2 2-3 2312VVmV气体排向储气罐气体排向储气罐3-4312VmV气体膨胀气体膨胀p2 p14-11411VVmV气体吸入气缸气体吸入气缸生产量生产量( (每周期每周期) )：1411

6、VVmmV生产量10二、余隙容积对生产量的影响二、余隙容积对生产量的影响容积效率容积效率（volumetric efficiency）cs3144h1313311ch111111VnnVVVVVVVVVVVVV 讨论：讨论：ch)aVV确定，Vm生产量)b一定ccsVVVm生产量11三、余隙容积对理论耗功的影响三、余隙容积对理论耗功的影响Ct1 2t3 4WWW1111144111nnnnVpnnVpnn111411nnVVpnn1111nnespVnn11111nnpvnnm生产量12即即余隙对理论耗功无影响余隙对理论耗功无影响（实际上还是使耗功增大）。（实际上还是使耗功增大）。归纳：归纳：

7、 余隙存在使余隙存在使 1）生产量下降）生产量下降 2）实际耗功增大）实际耗功增大有害容积有害容积1CC1111nnWnwv pmn生产量13 84 多级压缩和级间冷却多级压缩和级间冷却一、多级压缩一、多级压缩22,max,minVVTT分级压缩分级压缩（multistage compression） ，级间冷却级间冷却（intervening cooling ） 。工程上需要高压气体，工程上需要高压气体，但压缩过程中但压缩过程中随随 p 升高升高T 升高；升高； V 下降。为使下降。为使14二、理论耗功分析二、理论耗功分析1n低压缸低压缸ap中冷器中冷器3n高压缸高压缸2每生产每生产1 kg

8、压缩气体：压缩气体：CC,C,lhwww112Cg 1g311111nnnnaappnnwR TR TnpnpC0awp21pppaCC,minww112g 1121nnnnaappnR Tnpphaalpppp21或令令15推广推广：若：若m级，则级，则212CC,min1mmpwwp时讨论讨论： 1）按）按12ppmi选择各级中间压力，优点：选择各级中间压力，优点： a. 各级耗功相等各级耗功相等1C,g 111nniinwR Tn（总耗功（总耗功CC,iwmw有利于曲轴平衡有利于曲轴平衡 b. 各缸终温相同各缸终温相同nniTT11小于不如此分配时小于不如此分配时 各缸终温中最高者，有利

9、于润滑油工作及使可靠各缸终温中最高者，有利于润滑油工作及使可靠性增加。性增加。 c. 各级散热相同各级散热相同TcnnqVi1各中冷器散热相等各中冷器散热相等Tcqpi中，）16 d. 各缸按比例缩小各缸按比例缩小 e. 对提高整机容积效率对提高整机容积效率 v 有利有利2）若分级）若分级m，则趋于定温压缩但由，则趋于定温压缩但由 于体积庞大，系统复杂，可靠性下降，于体积庞大，系统复杂，可靠性下降，一般一般2- -4级。级。3）定温效率）定温效率(isothermal efficiency)C,C,CTTww4）真空泵）真空泵(vacuum pump)的实质也是压气机，是出口压的实质也是压气机

10、，是出口压力为恒值力为恒值环境压力，进气压力不断降低的压气机。环境压力，进气压力不断降低的压气机。例例A655355*例例A4551551785 叶轮式压气机工作原理叶轮式压气机工作原理 一、简介一、简介 叶轮式压气机叶轮式压气机(turbo-compressor) ： 转速高；连续吸，排气，运转平稳；排气量大转速高；连续吸，排气，运转平稳；排气量大 没有余隙影响；但每级压比不高。没有余隙影响；但每级压比不高。二、叶轮式压气机热力学分析二、叶轮式压气机热力学分析由于排量大，运转快，难冷却，可作由于排量大，运转快，难冷却，可作绝热压缩绝热压缩考虑。考虑。离心式压气机离心式压气机centrifugal compressor轴流式压气机轴流式压气机axial-flow compressor18理论耗功理论耗功C,21sswhh实际耗功实际耗功C21whh实际多耗功实际多耗功C2222sswhhmnm 面积绝热内效率绝热内效率(adiabatic internal efficiency)C21CSC21sswhhwhh理想气体理想气体2s12s1Cs2121CsTTTTTTTT19例例A451177例例A453257*下一章下一章