压气机

热工基础
3-2多级压缩和级间冷却
储气罐
高压缸
p
g
3 3 省功
冷却水
f
2
低压缸
2
e
1
进气口
v
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热工基础
p
p2
3 3 省功
T
p2
3
p
3
2
p1
2
4
1
2
2
p1
1
v
s
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热工基础
理论耗功分析
wC wC,l wC,h
p
g
n1
n1
n n 1 RgT1
p2 p1
n
1
n n 1
RgT2'
热工基础
第五章 热工基础的应用
§5-1 喷管和扩压管 §5-2 换热器及其热计算
§5-3 压气机
§5-4 内燃机循环 §5-5 燃气轮机循环 §5-6 蒸汽动力循环 §5-7 制冷循环
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热工基础
压缩气体的用途：动力机、风动工具、通风、制冷工程、化工、潜水作业、 医疗等
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热工基础
压缩气体的用途：动力机、风动工具、通风、制冷工程、化工、潜水作业、 医疗等
热工基础
增压比：压缩过程中气体终压和初压之比。 p
即： = p2 / p1
p1
三种压气机耗功：
可逆绝热压缩
1
p2
wC ,s
wt , s
1 RgT1
1
p2 p1
0
T
可逆多变压缩
n1
wC ,n
wt,n
n
n
1
RgT1
1
p2 p1
n
可逆定温压缩
wC ,T
wt ,T
叶轮式压气机特点： 1、产气量大，气体速度高； 2、压比不高，摩擦高，设计制造难
离心式：中、小型产气量大，高转速，效率低 轴流式：多级安装，效率高，流量大
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空气(理想气体)
热工基础
水蒸气(实际气体)
T
p2
T
2'
2
p1
2' p2 2
p1
1
1
s
可逆： wc,s h2 h1 cp T2 T1 不可逆： wc h2' h1 cp T2' T1
RgT1 ln
v2 v1
RgT1 ln
p1 p2
0
2T 2n 2s
2n 2T
1 v
p2 2s
p1 1
s
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热工基础
三种压气过程比较
wC,s wC,n wC,T
讨 论
T2s T2n T2T
v2s v2n v2T
等温压缩 理想
通常为多变过程，1<n<
n
wCn,T2n , v2n T
优点
1）各级耗功相等
wC,i
n
n 1
RgT1
i
n1 n
1
有利于曲轴平衡（总耗功 wC m）wC,i
n1
T T1 i n
有利于润滑油工作及使可靠性增加。
3) 各级散热相同
n
qi n 1 cV T
各中冷器散热相等
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热工基础
3-3叶轮式压气机工作原理
活塞式压气机缺点： 1、单位时间产气量小； 2、间歇式吸排气
p3 p2
n
1
n1
n1
n
n
1
RgT1
p2 p1
n
p3 p2
n
2
f
耗功大小与中间压力p2有关
e
有一个最佳增压比
wc p2
0
p2 p1 p3 or
3 3 省功
2 2
1
v
p2 p3 p1 p2
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热工基础
此时 wC wC,min
Wcmin
2n n 1
n 1
p1V1 opt n
自行车轮胎的压力通常应维持在 0.25MPa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，会有什么结果？
p
p1
2T 2n 2s
p2 0
T
2n 2T 0
1 v
p2 2s
p1 1
s
工程上采用加气缸冷却水套、喷雾化水等措施，使过程尽量接近于等 温过程。另外一个方法：多级压缩、级间冷却。
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1
2
n
n
1
RgT1
opt
n 1 n
1
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热工基础
推广：若N级 p2 p3 p4 pN 1
p1 p2 p3
pN
opt
N
pN 1 p1
wc,1
wc,2
......wc,m
n
n
1
RgT1
n 1 n
1
wc,1
m
n
n
1
RgT1
n 1 n
1
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热工基础
压气机 是生产压缩气体的设备
不是动力机，而是用消耗机
械能（或电能）来得到压缩气体的工
作机
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压气机分类
热工基础
按压力范围：通风机(小于115kPa)、鼓风机(115~350kPa)、压缩机(大于350kPa) 按工作原理：活塞式压气机、叶轮式压气机、特殊引射式压缩器
从热力学观点出发，尽管活塞式和叶轮式的结构和工作原理都不同，但压缩 过程中气体的状态变化本质上是一致的。
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热工基础
一、工作原理
1-2过程
p
p2
g
2
➢ 气体的参数发生变化(热力过程)
➢ 过程耗功量可由图中过程线1-2与V轴所 包围的面积表示。
f 0 V2
p1
1
pdV
V V1
有两种极限情况：
绝热过程1-2s 定温过程1-2T 实际压缩1-2n
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热工基础
绝热过程1-2s 定温过程1-2T 实际压缩1-2n
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热工基础
3-1 单级活塞式压气机的工作过程及耗功计算 一、工作原理
4-1：气体被吸入气缸 (状态参数不变)
1-2：气体在气缸内被压缩 (状态参数发生变化)
2-3：气体被推出气缸，进入储气装置 (状态参数不变)
4-1和2-3过程不是热力过程，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。
s 可逆： wc,s h2 h1 不可逆： wc h2' h1
叶轮式压气机绝热效率：
c,s
wc,s wc
h2 h1 h2 h1
对于理想气体：
c,s
wc,s wc
T2 T1 T2 T1
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p2
p
g 2T 2n 2s
p2
T 2s
2n
p1
2T
f p1
1Biblioteka Baidu
1
v
j
m ns
实际过程：1<n<k
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热工基础
二、压气机的理论耗工量
压气机耗功
p
p2
g
2
在完成一个吸气、压缩、排气过程中，热力系与 外界交换的功为：
f －1 －2 －g 过程中：
进入系统的能量:
H1
m 2
c12
mgz1
Q
流出系统的能量:
H2
m 2
c22
mgz2
Wsh
系统能量的增加:ΔE=0
f 0 V2
p1
1
pdV
V V1
在忽略动能和势能变化时有：
系统的能量方程为:
Q H
m 2
c2
mgz
Wsh
Wc=－Ｗt≈ －Ｗsh
可见：压气机耗功以技术功计
注意：压气机不是动力机；压气机中进行的是过程，不是循环
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二、压气机的理论耗工量