九壓縮機的熱力過程.ppt

第九章 壓縮機的熱力過程,9-1單級活塞式壓縮機的工作原理 一.壓氣機的種類 壓氣機是用于提高氣體壓力，生產(chǎn)壓縮氣體的熱工設(shè)備。壓力升高后的氣體稱為壓縮氣體。 壓氣機種類多種多樣，可按結(jié)構(gòu)、壓力級別進行如下分類： 按結(jié)構(gòu)分： 活塞式(reciprocating piston)、葉輪式離心式(centrifugal)、軸流式(axial flow)、回轉(zhuǎn)式(rotating)、引射式(induction)。,按壓力級別分： 通風(fēng)機（小于115kPa） 鼓風(fēng)機（115-350kPa） 壓氣機（大于350kPa）,掌握活塞式壓縮機的基本工作原理、壓縮軸功的計算方法及其影響因素。 研究氣體主要熱力過程的目的在于提高能量傳遞與轉(zhuǎn)換過程中能量的有效利用程度?，F(xiàn)就“氣體的壓縮”問題，探討減少能量消耗的基本途徑。,二.單級活塞式壓氣機的工作原理,以活塞式壓氣機為例，分析其熱力過程能量傳遞及轉(zhuǎn)換規(guī)律。 工作原理 如圖所示，工作過程包括： 壓縮過程：吸、排氣閥關(guān)閉，消耗機械功，使活塞由右死點向左死點移動，體積減小，壓力升高至所要求的壓力p時，排氣閥打開（定溫、絕熱、多變壓縮三種 ） 。,排氣過程,排氣閥打開，吸氣閥關(guān)閉，活塞繼續(xù)向左死點移動，壓縮氣體排到儲氣罐或輸氣管道，直至左死點，排氣閥關(guān)閉，排氣過程結(jié)束。此間，氣體壓力不變,膨脹過程：,高壓氣體不可能全部排出，因此在活塞開始由左死點向右死點移動時，吸氣閥不可能打開，高壓氣體膨脹并通過活塞連桿向外界輸出軸功，直至氣體壓力降為p ，吸氣閥打開,為了運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、避免活塞與氣缸蓋撞擊、便于安裝吸、排氣閥等，當(dāng)活塞位于左死點時，活塞頂面與缸蓋之間必須留有一定的空隙，稱之為余隙容積。 吸氣過程：吸氣閥打開，活塞繼續(xù)向右死點移動，外界低壓氣體進入氣缸，直至活塞達到右死點。 這樣，活塞不斷地往復(fù)運動，即可連續(xù)地將低壓氣體轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏簹怏w。,注意：只有壓縮過程和膨脹過程是熱力過程，而在另外兩個過程（、）中氣體熱力狀態(tài)并不發(fā)生變化。因此上述圖不是狀態(tài)參數(shù)座標(biāo)圖，而稱為示功圖。,壓氣機基本參數(shù) p-V圖 余隙容積 3（clearance） 活塞排量（又稱理論吸氣量）（piston displacement ） 有效吸氣量 ,三 9-2. 壓氣機的理論壓縮軸功,一、理論壓氣過程 理想壓氣過程是指 壓縮過程是可逆過程； 氣缸無余隙容積存在； 吸、排氣閥無阻力，排氣壓力等于儲氣壓力。 理論壓縮軸功 壓氣機在理想工作過程中，壓送氣體所消耗的軸功稱為理論壓縮功。,壓氣機整體可看作一穩(wěn)定流動系統(tǒng)，所消耗的是技術(shù)功。理論壓氣功計算式應(yīng)為 c21 顯然，c與壓縮過程的性質(zhì)有關(guān)。一般壓氣過程有三類： 定溫壓縮（氣缸充分冷卻） c,T1ln（12）,定熵壓縮（氣缸絕熱） c,s=k(11-22)/(k-1) =kmRT1/(k-1)-(2/1)(k-1)/k 多變壓縮（有一定的冷卻措施，處于充分冷卻和絕熱之間） c,nn(1122)/(n-1) =nmRT1/(n-1)1- (2/1)(n-1)/n,分析:,對于相同升壓比（21），以上三類壓縮過程理論壓氣功大小如圖所示，顯然 s,Ts,ns,s 從壓氣過程圖中也可以看出， 排氣溫度 2,T2,n2,s,定溫壓縮過程是最有利的，耗功最小，排氣溫度最低；而定熵壓縮最為不利。 但在定溫壓縮過程中需要有充分冷卻措施，在工程實踐中是難以實現(xiàn)的。因此實際壓氣機的壓氣過程均是多變壓縮。 其中值越接近于即壓氣過程越接近于定溫過程，說明壓氣機的性能越好。 相同升壓比時，越高，壓氣機耗功越大。,實際壓氣軸功,實際壓氣機所耗軸功是不能用上述公式計算的，可采用兩種計算方法， 一是引入機械效率i，此時 oi； 二是利用穩(wěn)定流動能量方程Q=HWt，即t 。 如：,定溫壓縮過程 s,tT， 定熵壓縮 s,s21， 多變壓縮 s,n（21）,二、容積效率,（一）.對排氣量的影響,氣缸容積的有效利用程度減小 余隙容積的存在使得壓氣機氣缸容積有效利用程度下降。氣缸有效容積由()減少至(4)。,容積效率（Volumetric Efficiency）,引入容積效率v來描述氣缸容積的有效利用程度。 v =(有效吸氣容積)/(工作容積) =(VV4)/() =1 (p2/p1)1/n =1 1/n,顯然對于結(jié)構(gòu)一定的壓氣機，因余隙容積的存在隨著增壓比（p2/p1）的增加將使得氣缸有效容積（即一個吸氣、壓氣、排氣工作循環(huán)的產(chǎn)氣量）下降，當(dāng)v時，將沒有壓縮氣體產(chǎn)出，所以一般單級增壓比最高為。 余隙容積越大，v越小。,二.對理論壓氣軸功的影響,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 其中假設(shè)壓縮及膨脹過程的多變指數(shù)相等。 顯然，無論余隙容積如何改變，生產(chǎn)壓縮氣體所耗壓氣功量是固定不變的。,9-3 雙級活塞式壓縮機工作過程,為解決以下問題： 單級增壓比過大造成氣缸容積效率下降，單級壓縮的排氣溫度過高，甚至無法產(chǎn)生壓縮氣體，且潤滑情況惡化； 余隙容積的存在造成氣缸的有效利用程度減小。 可采用多級壓縮及中間冷卻措施，即多級壓縮保證每級壓氣機的增壓比就不致過大，同時輔以中間冷卻措施以降低排氣溫度及所耗壓氣功。,一 .多級活塞式壓氣機的工作過程（Multi-cyclinder Reciprocating Piston Compressor）,工作過程 如圖所示。 優(yōu)點 既降低了單級排氣溫度，又節(jié)省了軸功的消耗。,二.級間壓力和級數(shù)的確定,級數(shù)的確定 從理論上講總增壓比一定時，級數(shù)越多，每一級容積效率將越大、壓氣總功及排氣溫度越小，若級數(shù)無限多時，總體壓氣過程即會實現(xiàn)定溫壓縮，但級數(shù)過多也有諸如設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜等不利的方面。因而多級壓縮的級數(shù)一般不大于。,級間壓力的確定 確定級間壓力的原則為各級所消耗的軸功總和最小。 對于級壓氣機，每一級的增壓比均應(yīng)相同，且按(pz+1/p1)1/z 確定，以保證壓氣總軸功最小。,三 . 多級活塞式壓氣機的特點,每級壓氣機壓氣軸功相等； 每級壓氣機排氣溫度相同； 每級壓氣機散熱量相等； 每級壓氣機的容積效率相等，且大于單級壓縮的容積效率。,9-4 葉輪式壓氣機,一葉輪式壓氣機工作原理： 由外界功源輸入機械能使氣體壓力增加經(jīng)歷二次能量轉(zhuǎn)換（通過葉片將機械能傳給氣流使其