9-0壓氣機(jī)的分類

壓氣機(jī)——消耗外功使氣體升壓的設(shè)備。

活塞式按工作原理及構(gòu)造分葉輪式引射式離心式按構(gòu)造，葉輪式壓氣機(jī)又可分為軸流式回轉(zhuǎn)容積式

活塞式——適用于高壓小排量

軸流式——低壓，大排量第九章壓氣機(jī)的熱力過(guò)程按使用場(chǎng)合及適用壓力范圍，壓氣機(jī)又分：通風(fēng)機(jī)，P<115KPa

鼓風(fēng)機(jī)，115KPa<P<350KPa

升壓機(jī)，P>350KPa研究壓氣機(jī)壓氣過(guò)程的目的是通過(guò)分析不同壓氣過(guò)程的耗功，從而找出省功壓氣的途徑。9-1單級(jí)活塞式壓氣機(jī)的工作原理和理論耗功9-1-1單級(jí)活塞式壓氣機(jī)工作原理

工作過(guò)程：（a）吸氣（b）壓縮（c）排氣理想壓氣過(guò)程：①活塞與氣缸塞不存在余隙②壓縮過(guò)程可逆③氣流進(jìn)出閥門時(shí)無(wú)阻力損失P1,T1不變，dm>0P2,T2不變，dm<0dm=0則在此條件下的壓氣過(guò)程稱為理論壓氣過(guò)程。壓氣過(guò)程中，壓縮終態(tài)與初態(tài)的壓力之比稱為升壓比，用符號(hào)表示9-1-2理論壓氣軸功的計(jì)算顯然，壓氣機(jī)的軸功即為技術(shù)功一般地，根據(jù)壓氣過(guò)程進(jìn)行的情況，一般的壓氣過(guò)程又可分為：

定熵過(guò)程→壓氣過(guò)程進(jìn)行快，來(lái)不及與外界進(jìn)行熱交換；

定溫過(guò)程→有冷卻，或壓氣過(guò)程進(jìn)行的較慢，與外界有充分的熱交換；

多變過(guò)程→一般壓氣過(guò)程；實(shí)際的壓氣過(guò)程為介于絕熱和定溫兩過(guò)程之間的多變過(guò)程：

P—V圖上，由于等溫過(guò)程線與P軸所圍成的面積最小，故等溫壓縮所消耗的外功最少。等溫壓縮耗功圖示，絕熱過(guò)程耗功

多變過(guò)程耗功

在T—S圖上可見(jiàn)，等溫壓縮不僅耗功少，而且終溫低，故氣體壓縮應(yīng)盡可能在等溫條件下進(jìn)行（壓縮終溫低可避免潤(rùn)滑油的燒結(jié)）。例1：理想的活塞式壓氣機(jī)吸入空氣并將其壓到,設(shè)壓縮指數(shù)為n=1,n=1.25,n=k=1.4過(guò)程可逆，求壓氣機(jī)功耗。分析：(1)n=1，等溫壓縮：(2)n=1.25，多變壓縮：(3)n=1.4，絕熱壓縮：

可見(jiàn)，等溫壓縮耗功最省，絕熱壓縮耗功最多，多變壓縮介于兩者之間*當(dāng)壓縮氣體不能按理想氣體計(jì)算時(shí)，則若過(guò)程可逆，則（等溫）（絕熱）若過(guò)程不可逆，則定義——等溫效率為可逆等溫壓縮的耗功與不可逆放熱壓縮的耗功之比。等溫效率用于評(píng)價(jià)活塞式壓氣機(jī)性能的主要參數(shù)。例2

壓氣機(jī)壓縮空氣，初態(tài)

可逆多變壓縮至

然后排出，求：多變指數(shù)、壓縮終溫、壓縮過(guò)程與外界交換的熱量和功量

分析：①氣缸中空氣質(zhì)量②

③多變過(guò)程，④多變過(guò)程熱交換量

⑤氣體與外界交換的容積功⑥壓氣機(jī)消耗軸功9-2余隙容積的影響9-2-1容積效率及余隙比

前面討論了理想的壓氣過(guò)程，而實(shí)際壓氣過(guò)程中，為避免活塞與氣缸塞撞擊，便于安排進(jìn)、排氣閥，必須留有余隙。

圖示V3稱為壓氣機(jī)余隙容積，一般用符號(hào)Vc表示圖示壓氣過(guò)程

有效吸氣量

氣缸排量顯然，引入容積效率概念，用表示其中

c稱為壓縮機(jī)余隙比，即余隙容積/活塞排量。一般壓氣機(jī)的壓氣過(guò)程及余氣膨脹過(guò)程均視為多變過(guò)程則則9-2-2余隙容積存在對(duì)理論軸功的影響

無(wú)余隙容積存在時(shí)，即理想壓縮過(guò)程，其理論軸功為

存在余隙時(shí)，軸功若余隙容積的膨脹過(guò)程視為多變過(guò)程，則有

若視壓氣過(guò)程和余氣膨脹過(guò)程的多變指數(shù)相等，即n=n’，則存在余隙時(shí)的壓氣軸功為又則有

可見(jiàn)，不論是否存有余隙，壓縮相同排量的氣體至同樣的增壓比，壓氣機(jī)耗功與無(wú)余隙時(shí)一致，但因存在余隙容積影響，壓縮同樣排量的氣體需采用較大尺寸的氣缸。

顯然①若保持Vc定值，隨升壓比

升高，Ve減少，

v亦降低；②存在余隙容積對(duì)壓氣機(jī)工作是不利的，不論是對(duì)壓氣機(jī)尺寸的要求還是升壓比（單級(jí)）的提高而言，因?yàn)榇嬖谟嘞度莘e，單級(jí)壓氣機(jī)的升壓比通常不超過(guò)8~9。9-3多級(jí)壓縮和級(jí)間冷卻9-3-1單級(jí)壓縮的不足及多級(jí)壓縮的便利

對(duì)于單級(jí)壓氣機(jī)，壓縮終溫

升壓比越大，則終溫T2亦越大，于是會(huì)影響氣缸潤(rùn)滑油性能，對(duì)壓縮不利。且如圖所示12’3’為等溫線，

123”為單級(jí)壓縮，使

壓力由P1升至P3

而多級(jí)壓氣過(guò)程使壓力由P1升至P3可由1-2-2’-3實(shí)現(xiàn)，其中2-2’為單級(jí)壓氣后氣體定壓冷卻過(guò)程。理論上，等溫壓縮耗功最省，壓氣過(guò)程越接近于等溫過(guò)程，其功耗越少。圖示的理想壓氣過(guò)程中，

等溫過(guò)程功耗

單級(jí)壓縮功耗

多級(jí)壓縮中間冷卻功耗

顯然，多級(jí)壓縮耗功比單級(jí)壓縮耗功減少，減少量約等于面積22’33”2?？梢?jiàn)，多級(jí)壓縮中間冷卻不僅能夠降低壓縮終溫，

而且壓縮至同樣的升壓比可以減少功耗，在P—V圖和T—S圖上可表示為：9-3-2多級(jí)壓縮最佳中間壓力的確定

以兩級(jí)壓縮為例，先計(jì)算總軸功一級(jí)壓縮耗功二級(jí)壓縮耗功而

由于每級(jí)壓縮的吸氣溫度一樣，則，于是，多級(jí)壓縮總功耗為如假定每級(jí)壓縮多變指數(shù)相同，中間冷卻后T2’=T1一般地，壓氣過(guò)程中初壓P1和終壓P3均是事先給定，于是壓縮軸功僅隨中間壓力P2而變化，最佳中間壓力P2應(yīng)是能使值為最小，即

微分后可得即當(dāng)每級(jí)升壓比相等時(shí)，壓縮總耗功最少。

以此類推，對(duì)于多級(jí)壓縮，每級(jí)升壓比為——壓縮終壓——?dú)怏w初壓（1）每級(jí)壓縮排氣溫度。依假定，每級(jí)壓縮吸氣溫度一樣，即

即各級(jí)氣缸排氣溫度相等其他參數(shù)計(jì)算(2)各級(jí)壓氣過(guò)程壓氣機(jī)所消耗的軸功.對(duì)于多變壓縮

因各級(jí)壓氣過(guò)程進(jìn)、排氣溫度均相等，故——進(jìn)氣溫度——排氣溫度那么多級(jí)壓縮（n級(jí)）總功耗即其消耗的總軸功為單級(jí)壓縮的n倍。工程上，因活塞式壓縮機(jī)定溫壓氣過(guò)程耗功最少，常用定溫效率來(lái)衡量壓氣機(jī)的功率及壓氣性能優(yōu)劣。例9-3，已知，空氣初態(tài)

經(jīng)過(guò)三級(jí)壓縮，壓力提高到P4=12.5MPa?！貕簹夂墓Α獙?shí)際壓氣耗功℃假定各氣缸進(jìn)氣溫度相同，壓縮指數(shù)均為n=1.25，求：①生產(chǎn)1㎏壓縮空氣的及各級(jí)排氣溫度；②若改用單級(jí)壓氣機(jī)壓氣，一次壓縮到P4=12.5MPa，壓縮指數(shù)亦為n=1.25，求Wt’，排氣溫度及