九压缩机的热力过程.ppt

第九章 压缩机的热力过程,9-1单级活塞式压缩机的工作原理 一.压气机的种类 压气机是用于提高气体压力，生产压缩气体的热工设备。压力升高后的气体称为压缩气体。 压气机种类多种多样，可按结构、压力级别进行如下分类： 按结构分： 活塞式(reciprocating piston)、叶轮式离心式(centrifugal)、轴流式(axial flow)、回转式(rotating)、引射式(induction)。,按压力级别分： 通风机（小于115kPa） 鼓风机（115-350kPa） 压气机（大于350kPa）,掌握活塞式压缩机的基本工作原理、压缩轴功的计算方法及其影响因素。 研究气体主要热力过程的目的在于提高能量传递与转换过程中能量的有效利用程度。现就“气体的压缩”问题，探讨减少能量消耗的基本途径。,二.单级活塞式压气机的工作原理,以活塞式压气机为例，分析其热力过程能量传递及转换规律。 工作原理 如图所示，工作过程包括： 压缩过程：吸、排气阀关闭，消耗机械功，使活塞由右死点向左死点移动，体积减小，压力升高至所要求的压力p时，排气阀打开（定温、绝热、多变压缩三种 ） 。,排气过程,排气阀打开，吸气阀关闭，活塞继续向左死点移动，压缩气体排到储气罐或输气管道，直至左死点，排气阀关闭，排气过程结束。此间，气体压力不变,膨胀过程：,高压气体不可能全部排出，因此在活塞开始由左死点向右死点移动时，吸气阀不可能打开，高压气体膨胀并通过活塞连杆向外界输出轴功，直至气体压力降为p ，吸气阀打开,为了运转平稳、避免活塞与气缸盖撞击、便于安装吸、排气阀等，当活塞位于左死点时，活塞顶面与缸盖之间必须留有一定的空隙，称之为余隙容积。 吸气过程：吸气阀打开，活塞继续向右死点移动，外界低压气体进入气缸，直至活塞达到右死点。 这样，活塞不断地往复运动，即可连续地将低压气体转变为高压气体。,注意：只有压缩过程和膨胀过程是热力过程，而在另外两个过程（、）中气体热力状态并不发生变化。因此上述图不是状态参数座标图，而称为示功图。,压气机基本参数 p-V图 余隙容积 3（clearance） 活塞排量（又称理论吸气量）（piston displacement ） 有效吸气量 ,三 9-2. 压气机的理论压缩轴功,一、理论压气过程 理想压气过程是指 压缩过程是可逆过程； 气缸无余隙容积存在； 吸、排气阀无阻力，排气压力等于储气压力。 理论压缩轴功 压气机在理想工作过程中，压送气体所消耗的轴功称为理论压缩功。,压气机整体可看作一稳定流动系统，所消耗的是技术功。理论压气功计算式应为 c21 显然，c与压缩过程的性质有关。一般压气过程有三类： 定温压缩（气缸充分冷却） c,T1ln（12）,定熵压缩（气缸绝热） c,s=k(11-22)/(k-1) =kmRT1/(k-1)-(2/1)(k-1)/k 多变压缩（有一定的冷却措施，处于充分冷却和绝热之间） c,nn(1122)/(n-1) =nmRT1/(n-1)1- (2/1)(n-1)/n,分析:,对于相同升压比（21），以上三类压缩过程理论压气功大小如图所示，显然 s,Ts,ns,s 从压气过程图中也可以看出， 排气温度 2,T2,n2,s,定温压缩过程是最有利的，耗功最小，排气温度最低；而定熵压缩最为不利。 但在定温压缩过程中需要有充分冷却措施，在工程实践中是难以实现的。因此实际压气机的压气过程均是多变压缩。 其中值越接近于即压气过程越接近于定温过程，说明压气机的性能越好。 相同升压比时，越高，压气机耗功越大。,实际压气轴功,实际压气机所耗轴功是不能用上述公式计算的，可采用两种计算方法， 一是引入机械效率i，此时 oi； 二是利用稳定流动能量方程Q=HWt，即t 。 如：,定温压缩过程 s,tT， 定熵压缩 s,s21， 多变压缩 s,n（21）,二、容积效率,（一）.对排气量的影响,气缸容积的有效利用程度减小 余隙容积的存在使得压气机气缸容积有效利用程度下降。气缸有效容积由()减少至(4)。,容积效率（Volumetric Efficiency）,引入容积效率v来描述气缸容积的有效利用程度。 v =(有效吸气容积)/(工作容积) =(VV4)/() =1 (p2/p1)1/n =1 1/n,显然对于结构一定的压气机，因余隙容积的存在随着增压比（p2/p1）的增加将使得气缸有效容积（即一个吸气、压气、排气工作循环的产气量）下降，当v时，将没有压缩气体产出，所以一般单级增压比最高为。 余隙容积越大，v越小。,二.对理论压气轴功的影响,c,n=c,1-2-c,3-4 =np1(V-V4)/(n-1)1-(p2/p1)(n-1)/n =nmRT1/(n-1)1-(p2/p1)(n-1)/n 其中假设压缩及膨胀过程的多变指数相等。 显然，无论余隙容积如何改变，生产压缩气体所耗压气功量是固定不变的。,9-3 双级活塞式压缩机工作过程,为解决以下问题： 单级增压比过大造成气缸容积效率下降，单级压缩的排气温度过高，甚至无法产生压缩气体，且润滑情况恶化； 余隙容积的存在造成气缸的有效利用程度减小。 可采用多级压缩及中间冷却措施，即多级压缩保证每级压气机的增压比就不致过大，同时辅以中间冷却措施以降低排气温度及所耗压气功。,一 .多级活塞式压气机的工作过程（Multi-cyclinder Reciprocating Piston Compressor）,工作过程 如图所示。 优点 既降低了单级排气温度，又节省了轴功的消耗。,二.级间压力和级数的确定,级数的确定 从理论上讲总增压比一定时，级数越多，每一级容积效率将越大、压气总功及排气温度越小，若级数无限多时，总体压气过程即会实现定温压缩，但级数过多也有诸如设备结构复杂等不利的方面。因而多级压缩的级数一般不大于。,级间压力的确定 确定级间压力的原则为各级所消耗的轴功总和最小。 对于级压气机，每一级的增压比均应相同，且按(pz+1/p1)1/z 确定，以保证压气总轴功最小。,三 . 多级活塞式压气机的特点,每级压气机压气轴功相等； 每级压气机排气温度相同； 每级压气机散热量相等； 每级压气机的容积效率相等，且大于单级压缩的容积效率。,9-4 叶轮式压气机,一叶轮式压气机工作原理： 由外界功源输入机械能使气体压力增加经历二次能量转换（通过叶片将机械能传给气流使其