压气机的压气过程
压气机工作原理
压气机工作原理压气机是一种将气体压缩为高压气体的机器，常用于工业生产中的压缩空气和气体输送。
压气机工作原理是利用机械能将气体压缩，从而提高气体的压力和密度。
本文将详细介绍压气机的工作原理、分类、应用以及未来发展趋势。
一、压气机的工作原理压气机的工作原理是将气体通过机械力的作用进行压缩，从而提高气体的压力和密度。
压气机通常由压缩元件、电动机、冷却器、控制系统等组成。
其中压缩元件是压气机的核心部件，主要有往复式压缩机和离心式压缩机两种。
1. 往复式压缩机往复式压缩机的工作原理是利用活塞在气缸内做往复运动，将气体压缩，然后排出。
往复式压缩机分为单级和多级两种。
单级往复式压缩机只有一个压缩级，适用于低压气体的压缩；多级往复式压缩机则有多个压缩级，能够将气体压缩至更高的压力，适用于高压气体的压缩。
2. 离心式压缩机离心式压缩机的工作原理是利用离心力将气体压缩。
离心式压缩机分为单级和多级两种。
单级离心式压缩机只有一个压缩级，适用于低压气体的压缩；多级离心式压缩机则有多个压缩级，能够将气体压缩至更高的压力，适用于高压气体的压缩。
二、压气机的分类根据压缩元件的不同，压气机可以分为往复式压缩机和离心式压缩机两种。
根据压缩气体的不同，压气机可以分为压缩空气机和压缩其他气体的机器。
根据压缩级数的不同，压气机可以分为单级和多级两种。
三、压气机的应用压气机广泛应用于工业生产中的压缩空气和气体输送。
压缩空气是工业制造中常用的一种工业气体，广泛应用于机械、化工、建筑、医药、食品等行业。
气体输送是指将气体从一个地方输送到另一个地方，常用于煤矿、石油、天然气等行业。
四、压气机的未来发展趋势随着工业4.0和智能制造的发展，未来的压气机将更加智能化、自动化和数字化。
压气机的控制系统将更加精准和智能化，能够实现远程监控、故障诊断和自动化控制。
压气机的节能技术也将不断提高，通过优化设计、改进材料和提高效率，降低能源消耗和环境污染。
总之，压气机是工业生产中不可或缺的一种机器，其工作原理、分类、应用和未来发展趋势都备受关注和研究。
轴流式压气机的工作原理
轴流式压气机的工作原理
轴流式压气机是一种常见的流体机械，它主要通过对流动气体的动能进行转换来实现对气体的压缩。
轴流式压气机的工作原理如下：
1. 气体进入压气机通过进气口，进入压气机中的转子。
2. 转子上安装有一系列的叶片，这些叶片呈倾斜角度，使得气体在通过叶片时产生一个向前的推力。
3. 气体在经过叶片时，受到叶片的作用力，产生一个向前的冲力。
这个冲力使得气体的速度增加，同时也增加了气体的动能。
4. 当气体通过转子时，气体被推入下一个叶片组，重复上述的过程。
这样，气体在不断的通过叶片组，速度逐渐增加，并且产生了连续的推力。
5. 在气体通过压气机后，气体的动能转化为压力能，实现了气体的压缩。
此时，气体会通过出口口排出。
值得注意的是，轴流式压气机的工作原理与离心式压气机有所不同。
轴流式压气机通过叶片的作用将气体推向前进方向，而离心式压气机则通过离心力使得气体沿着轴线方向扩散。
由于工作原理的不同，轴流式压气机通常适用于需要高流量、低压比的应用，而离心式压气机则适用于需要高压比的应用。
压气机的压气过程
容积效率
由于余隙容积的存在，有效吸气容积V1－V4，总是小于工作容
积Vh，工作容积不能充分利用。通常用容积效率ηV表示压气机工作
容积的利用率。
V
V1 V4 Vh
V4
V3 (
p2 p1
)1
n
改写为
V
V1 V4 Vh
(V1
V3 ) (V4 Vh
V3 )
即
V
1 V3 Vh
[( p2 )1 n p1
第七章 压气机的压气过程
7-1 压气机的压气过程
按照热力学的能量 转换的观点，各种压气 机的压气过程基本上是 相同的。
能量方程：
q (h2 h1) (ws )c
如压气过程可逆，则
2
(ws )c 1 pdv ( p1v1 p2v2 )
2
1 vdp
活塞式
转子式
离心式
轴流式
Sorry, no copy!
7-2 压气机的压缩过程为定温过程时，如工质为理想气体，则 压气机消耗的轴功全部转变为过程中气体放出的热量。试分析在 此过程中气体的火用参数如何变化？设过程为可逆的，试说明过 程中火用平衡关系。
7-3 如果多级压缩的分级越多，且每两级之间均设置中间冷却 措施，则压气机消耗的轴功将减少的越多，试问压气机消耗的轴 功是否存在最小的极限值？
1]
余隙比V3/ Vh ↑压力升高比p2/ p1 ↑→ηV ↑。 单级压缩p2/ p1 一般为10左右，需要更高压
力时，应采用多级压缩。
7-3 多级压缩 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（pV图中阴影面积)。
压气机的压气过程
wc,n
n n 1
RgT1
n1 n
1
18
采用最佳增压比进行双级
压缩的优点： 1、省功
T
p3
p2
p1
T2
3’
2
2、各缸负荷均匀
3
2’
1
T1
3、终温相同，各缸散热量相
等
qHLeabharlann qLs双级压缩中间冷却T-s图
19
☆采用多级压缩，级间冷却，当级数趋向无穷多时压缩过 程趋向等温压缩，此时消耗的压缩功应最小？
本章学习内容（二）
•单级活塞式压气机的工作原理 •单级活塞式压气机所消耗的机械功和容积效率 •双级活塞式压气机的工作过程 •叶轮式压气机
工作原理：活塞式、叶轮式和引射式 出口压力：压气机、鼓风机、通风机
1
☆抽真空的设备能否归入压气机中去？ 广义地说，抽真空的真空泵也是压气机，它将低于 大气压力的气体吸入，升高压力至略高于大气压时排 出，其热力学原理与压气机一样。
2’ 2 2”
定温 多变
绝热
p1 4
0
5’ 5 5” V2’ V2 V2”
1
6 v
V1
单级理想压气机p-V图
2
技术功 wt 1 vdp
压气机所耗的功 wc＝-wt
6
1、可逆定温压缩
wc, T
RgT1 ln
p2 p1
RgT1 ln
2、可逆绝热压缩
wc,s
k
k
1
RgT1
(
p2 p1
k 1
)k
1
k
k
1
RgT1
k 1 k
1
3、可逆多变压缩
wc, n
工程传热学-第八章压气机的压气过程
12 pdV p2 (V3 V2 ) 34 pdV p1(V1 V4 )
p1 p4 p2 p3 v2 v3 v1 v4
m1 m2
m3 m4
(Ws )c m1(12 pdv p1v1 p2v2 )
m3 (43 pdv p1v1 p2v2 )
比也不宜过高。
n1
T2
T1
p2 p1
n
8-3 多级压缩(multistage compression)
理论上级数越多，越趋于近于定温压缩，耗功 越少，但级数太多，机构复杂，造价高，阻 力大，故一般不超过四级。
目的：获取高增压比的高压气体时，增压比不会 过高，压气机有较高的容积效率；出口温度降 低；耗功减少。
525 290 0.8
584K
作业
8-1 8-4 8-5
8-2
8-3
8-6
8-7
k
k
k
1
RgT1
1
T2 T1
k
k
1
RgT1
1
p2 p1
k 1 k
2．定温压缩(过程1-2T)
(ws )c,T
q
RgT1 ln
p1 p2
3．多变压缩(过程1-2n)
(ws )c,n
2
vdp
1
n n1
RgT1
结论：将相同数量的气体压缩到同一压力，压 气机消耗的功量与无余隙时相同。或者说压 气机压气功量在有无余隙时都相同。
(ws )c
n n1
轴流式压气机的工作原理
轴流式压气机的工作原理轴流式压气机是一种常用于空气压缩和气体传输的设备，具有高效率、结构简单、体积小等优点。
它的工作原理主要涉及压力能量、动能和转动能量的转化过程。
轴流式压气机的工作原理基本上分为4个步骤：进气、压缩、扩散和排气。
第一步，进气：气体通过轴流式压气机的进气道进入，此时气体以低速度进入压气机中。
进气道的设计通常采用流线型的结构，以减小气流阻力和能量损失。
在进气道的入口处通常还会安装滤网，以过滤掉空气中的杂质和颗粒。
第二步，压缩：气体进入轴流式压气机后，经过压气机的旋转叶轮。
旋转叶轮上的叶片会将气体加速，并且将气体压缩。
叶轮上的叶片通常呈斜角，可以迅速将气体加速，并且将其推向下一个叶轮。
而叶轮的旋转则依靠电动机或者是燃气轮机提供的动力。
第三步，扩散：当气体通过轴流式压气机中的多个叶轮后，气体变得非常紧凑和高压。
然而，由于叶轮的旋转，气体的流动是一个轴向的。
为了使气体能够顺利地排出压气机，扩散器被用来将气体的轴向速度转化为静压能量，从而能够将气体尽可能地压缩。
第四步，排气：在扩散器将气体压缩后，气体排出压气机并进入下一个系统。
排气过程中，气体的流速逐渐减小，且流速与气体静压能量成反比。
此外，为了减小气体流动经过压气机后的尾流损失，通常还会在压气机的排气道中设置一些导流装置，以优化流动和减小能量损失。
总结来说，轴流式压气机的工作原理是通过进气、压缩、扩散和排气四个步骤来实现气体压缩和传输。
它利用旋转叶轮的运动和扩散器的转换作用，将气体的动能转化为压力能量，最终将气体排出。
这种工作原理使得轴流式压气机在各种应用领域中都表现出较高的效率和可靠性。
《工程热力学》第八章--压气机的压气过程
5
三种压气方式能量转换比较: (WS)C,S >(WS)C,n(WS)C,T
P P2 b
2T 2n 2S
T
2S p2
2n
p1
2T
P1 a
1
1
V
(WS)C,S=P-V图面积1-2s-b-a-1
=T-S图面积1-2s-2T-c-e-1
c
d eS
(WS)C,n=P-V图面积1-2n-b-a-1 =T-S图面积1-2n-2T-c-e-1
T 2T T1
3、压气机耗功计算与比较
(wt )c.s
k
k 1
R g T1 1
(
p2 p1
) ( k 1) / k
( wt ) c.n
n n 1
R g T1 1
(
p2 p1
)
(n
1)
/
n
( w ) 2021/4/9 t c .T
R g T1
ln
v2 v1
R g T1 ln
p2 p1
(W2021S/4)/9C,T=P-V图面积1-2T-b-a-1 =T-S图面积1-2T-c-e-1 6
ξ7.2 活塞式压气机的压气过程（针对单 级活塞压气机压缩过程而言）
一、概述：压气机压气过程特点简介
概念：最大容积V1；余隙容积V3；工作容积VH 二、．压气机轴功计算
三、容积效率ηv 1、定义：有效吸气容积与汽缸工作容积之比表明压
2021/4/9
10
ξ7.4 压气机效率
一、衡量压气机不可逆程度---- 压气机效率 二、绝热压缩过程压气机效率 三、采用级间冷却的定温压缩过程压气机效率计
算
2021/4/9
压气机工作原理
压气机工作原理
压气机是一种用于将气体压缩的设备，工作原理基于变化的体积和压力之间的关系。
在压气机内部，气体被吸入并通过压缩过程提高其压力。
压气机的工作过程可以分为吸气、压缩和排气三个阶段。
在吸气阶段，活塞或螺杆等机械构件移动，使气体从外部环境中进入压气机内部。
在这个过程中，压气机的体积会扩大，导致气体的压力降低。
接下来是压缩阶段，当活塞或螺杆移动到极限位置时，压气机的体积会迅速缩小，使气体被压缩至较高的压力。
这一过程中，气体的分子被挤压在一起，导致气体分子之间的碰撞频率增加，从而使气体的压力增加。
最后是排气阶段，当压气机的体积达到最小值时，气体被迫通过出口排出压缩空间。
在这一过程中，压气机的压力达到最高峰值，气体被排出压力容器。
压气机的工作原理可以是基于活塞、转子、螺杆等不同的机械结构。
活塞式压气机通过活塞在气缸内的运动来压缩气体；转子式压气机则利用旋转齿轮的运动来压缩气体；螺杆式压气机则是通过两个螺杆的运动来实现气体的压缩。
总的来说，压气机工作通过改变气体的体积和压力之间的关系，将气体压缩至更高的压力。
不同的压气机采用不同的机械结构，但其基本工作原理都是类似的。
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习题提示与答案
第八章 压气机的压气过程
8-1 设压气机进口空气的压力为0.1 MPa ，温度为27 ℃，压缩后空气的压力为0.5 MPa 。
设压缩过程为：(1)绝热过程；(2)n ＝1.25的多变过程；(3)定温过程。
试求比热容为定值时压气机压缩1 kg 空气所消耗的轴功及放出的热量。
提示：略。
答案：(1)(w s )c s =-176 kJ/kg ；(2)(w s )c n =-163 kJ/kg ，q c n =-48.94 kJ/kg ；
(3)(w s )c T =-138.6 kJ/kg ，q c T =-138.6 kJ/kg 。
8-2 按上题所述条件，若压气机为活塞式压气机，其余隙比为0.05，试求三种压缩过程下压气机的容积效率。
提示：余隙比h s V V ，容积效率1])[(111
2−−=n h s V p p V V η。
答案：＝0.892，＝0.869，＝0.8。
Vs ηVn ηVT η
8-3 设活塞式压气机的余隙比为0.05，试求当压气机的压缩过程分别为绝热过程、n ＝1.25的多变过程、定温过程时，压气机的容积效率降低为零所对应的增压比。
提示：容积效率1])[(1112−−
=n h s V p p V V η。
答案：(
12p p )s ＝70.98；(12p p )n ＝44.95；(12p p )T
＝21。
8-4 有一台两级压气机，其进口的空气压力为0.1 MPa ，温度为17 ℃，压气机产生的压缩空气的压力为2.5 MPa 。
两级气缸中的压缩过程均为n ＝1.3多变过程，且两级中的增压比
相同。
在两级气缸之间设置有中间冷却器，空气在其中冷却到17 ℃后送入高
压气缸。
试求压气机压缩1 kg 空气所需要的轴功，以及中间冷却器和两级气
缸中所放出的热量。
两级压缩的示功图 提示：两级压缩的增压比相同，压缩过程多变指数相同，则两级压缩耗
功量相同；中间冷却器中空气经历的是定压冷却过程，过程放热量q=c p 0ΔT ，
且充分冷却时，T 2′ =T 1；压缩过程的初始温度相同、增压比相同，则过程热
量也相同。
答案：(w s )c ＝-324.5kJ/kg ，q c ＝-62.26kJ/kg ，q ＝－131kJ/kg 。
8-5 有一台叶轮式压气机，其进口处空气的压力为0.1 MPa 、温度为17 ℃，而压气机产生的压缩空气的压力为0.6 MPa 。
设压气机每分钟生产的压缩空气量为20 kg ，压缩过程为绝热过程，试求压气机的绝热效率为0.85时驱动压气机所需的功率。
提示：压气机功率P c =q m Δh ；理想的绝热压气过程为等熵过程，绝热效率为理想压缩过程的耗功与实际压缩过程耗功之比，即c s c s )()(w w ηs ,cs =
；绝热过程压气机轴功(w s )c =Δh ，工质可视为理想气体。
答案：P c ＝-76.3 kW 。
8-6 设活塞式压气机中用于润滑气缸活塞的润滑油的闪点为180 ℃，为安全起见，压缩空气的最高温度规定不超过160℃。
若压缩过程的初始温度为27 ℃，压力为0.1 MPa ，试求压缩终了空气的压力与多变指数n 间的函数关系，以及n ＝1.25时压缩终了压力的最高允许值。
提示：略。
答案：p max ＝0.62 MPa 。
8-7 压气机中由初态(p 1,v 1)压缩到p 2，可以经过的压缩过程包括绝热过程、1＜n ＜κ的多变过程以及定温过程。
试把它们表示在T -s 图上，并把压气过程中压气机消耗的轴功及放热量用T -s 图上的面积来表示(提示：在一定温度下理想气体的焓有确定的值，因而任何两状态间气体的焓的变化都可以用定压过程中焓的变化表示)。
提示：见题中提示。
答案：压缩过程在T -s 图上的表示：
图中，过程1-2s 、1－2n 及1－2T 分别为绝热过程，1﹤n ﹤k 的多变过程及定温过程。
压气过程中压气机消耗的轴功及放热量：
绝热过程：轴功(W s )cs 为面积12s 2T ba 1，放热量为零；
s q 21−多变过程：轴功(W s )cn 为面积12n 2T ba 1，放热量为面积12n q 21−n ca 1；
定温过程：轴功(W s )c T 为面积12T ba 1，热量为面积12T q 21−T ba 1。
8-8 设三级压缩、中间冷却的压气过程每级的增压比相同，压缩过程的多变指数也相同，中间冷却后送入下一级气缸时气体的温度都等于初态温度。
试将该过程表示在T -s 图上，并证明每一级压气机消耗的轴
功、气缸中放出的热量及中间冷却器气体放出的热量所对应的面积相等。
提示：参照习题8-7提示。
三级压缩均为增压比相同、过程多变指数相同的多变过程；两个中间冷却器中空气经历的是定压冷却过程，且充分冷却，即T1 =T3=T5 (见下图)，中间冷却器中空气的放热量q=c p0ΔT；压缩过程，气缸中气体的放热量q=c nΔT；忽略过程中宏观动能与宏观位能的变化，过程的能量方程为q=Δh+w s。
答案：三级压缩过程在T-s图上的表示：。