第8章-压气机的热力过程

第八章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。压气机：通风机（＜0.01MPa)鼓风机（0.01～0.3MPa)压气机（0.3MPa)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范围来分：收缩器静叶片动叶片扩压器轴流式压气机结构示意图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扩压管离心式压气机结构示意图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混合室扩压管高压工作流体被引射流体引射式压缩器——引射器1p2p2p引射式压缩器——引射器8-1单级活塞式压气机的工作原理和理论耗功量pva一、工作原理pva一、工作原理pva一、工作原理pva一、工作原理pva1同14一、工作原理pva1一、工作原理a－1：气体引入气缸pva1同14一、工作原理a－1：气体引入气缸pva1一、工作原理a－1：气体引入气缸pva12一、工作原理a－1：气体引入气缸pva12同14一、工作原理a－1：气体引入气缸1－2：气体被压缩pva12一、工作原理a－1：气体引入气缸1－2：气体被压缩pva12同14一、工作原理a－1：气体引入气缸1－2：气体被压缩pva12一、工作原理a－1：气体引入气缸1－2：气体被压缩pva12同14一、工作原理a－1：气体引入气缸1－2：气体被压缩2－b：气体流出气缸bV１12abpVV2p201p1'2'同14a－1：气体引入气缸1－2：气体在气缸内进行压缩2－b：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，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压气机耗功压气机耗功以技术功计。V１12abpVV2p2021cwvdp1p1'2'活塞式压气机的理论压缩耗功对于理想气体:21Vdpwt（1）可逆绝热压缩kkgsCppTRkkw1121,11理想气体三种压缩过程耗功量（2）可逆多变压缩nngnCppTRnnw1121,11（3）可逆定温压缩211121,lnlnppTRvvTRwggTC定温、定熵、多变压缩消耗理论功的比较pvTs12S2T12np2p12S2T2nabp2p1jmncTcncs结论：定温、定熵、多变压缩消耗理论功的比较三、压气机的实际耗功（压气机的效率）21'2'1cscscswhhwhh21'2'1cscscswTTwTT1.压气机的实际耗功对于理想气体12sp1p2sT2‘2.压气机的绝热效率'2'1cswhh压气机的实际耗功8-2余隙容积的影响V=V１－V４Vh=V１－V3V4–V3Ve12nn4350p有余隙的活塞式压气机的工作过程VhV有余隙的压气机工作过程V=V１－V４Vh=V１－V3V4–V3Ve12nn4350pV实际进入气缸的气体所占的体积余隙容积为活塞排量3eVV13hVVV14VVV有余隙时的理论压气功为假定1—2及3—4两过程的n相同，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12341AWcn4350412501AA对于1kg气体121111nncnpnwRTnp表明，不论有无余隙，压缩单位质量气体所消耗的理论压气功相同。二、余隙对排气量的影响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ηv表示。13213111nVVpVVp313VVV是余隙与活塞排量的比值，称为余隙比，通常为0.03～0.08。余隙对排气量的影响p2p1V1340VVeVh三、增压比对容积效率的影响13213111nVVpVVp22p2'p2p2'3'4'8－3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多级压缩、级间冷却压气机装置系统图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一、两级压缩、中间冷却压气机3T3n3p3p2p1p21vs133s2T多级压缩级间冷却的压气机热力过程在p-V图和T-s图上的表示p1p2p33T3s3n22多级压缩级间冷却的压气机热力过程在p-V图和T-s图上的表示二、两级压缩、中间冷却分析耗功量211231121,,nnnngHCLCCppppTRnn设两级压缩的多变指数相同，且12TT二、两级压缩、中间冷却分析最佳增压比212312312ppppppp或对于m级压缩、级间冷却：mippmmi,,2,11111111,nngmiiCCTRnnmww二、两级压缩、中间冷却分析设计原则与特点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二、两级压缩、中间冷却分析压气机定温效率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,,8－4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轴流式压气机结构示意图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扩压管离心式压气机结构示意图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二、叶轮式压气机分析不可逆绝热压缩1－2’定熵压缩过程1－2s理想压缩过程mjsCsTAhhw2212实际压缩过程njCTAhhw2212nmmSCCSAhhww2222,压气机的绝热效率1212,,hhhhwwSCSCSC例题①判断A、B哪组仪表测量的参数是正确的，并说明理由；②压气机的实际耗功(kJ/kg)；③理想情况下压气机的耗功(kJ/kg)；④该压气机的效率。Ts122'p1p2一压气机绝热压缩空气，已知进入压气机的空气参数为p1＝0.1MPa，t1＝10℃，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cp＝1.005kJ/(kg•K)，k＝1.4。本章结束