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1、第八章壓氣機(jī)的熱力過(guò)程1第八章壓氣機(jī)的熱力過(guò)程最常見(jiàn)的壓氣機(jī)是用來(lái)壓縮空氣的。壓縮空氣在燃?xì)廨啓C(jī)裝置中用來(lái)助燃,在大型空氣動(dòng)力站中提供動(dòng)力,在火力發(fā)電站中用于煤粉輸送和鍋爐通風(fēng)等。在制冷工程和化工生產(chǎn)等領(lǐng)域,都離不開(kāi)對(duì)氣體或蒸氣的壓縮。234第八章壓氣機(jī)的熱力過(guò)程8-1單級(jí)活塞壓縮機(jī)的工作原理和理論耗功量8-2余隙容積的影響8-3多級(jí)壓縮機(jī)和級(jí)間冷卻8-4葉輪式壓氣機(jī)的工作原理5概述壓氣機(jī):用來(lái)產(chǎn)生壓縮氣體的設(shè)備稱為壓氣機(jī)。壓氣機(jī)的分類:(1)按生產(chǎn)壓縮氣體的壓力范圍,可分為:通風(fēng)機(jī)(<0.01MPa表壓)鼓風(fēng)機(jī)(0.01M
2、Pa-0.3MPa表壓)壓縮機(jī)(>0.3MPa表壓)(2)按構(gòu)造和工作原理,可分為:容積式(活塞、螺桿、渦旋)葉輪式(離心、軸流)6理想單級(jí)活塞式壓氣機(jī)的工作原理0-1:吸氣過(guò)程,吸氣量增大,吸入氣體的狀態(tài)不變(只是氣體移動(dòng));1-2:壓縮過(guò)程,吸氣量不變,氣體狀態(tài)發(fā)生改變(為熱力過(guò)程);2-3排氣過(guò)程,氣體量減少,排出氣體的狀態(tài)不變(只是氣體移動(dòng))。壓縮過(guò)程中,氣體終壓p2與初壓p1的比值,稱為增壓比。8–1單級(jí)活塞式壓氣機(jī)工作原理和理論耗功量72.壓氣機(jī)理論耗功壓縮氣體的生產(chǎn)過(guò)程包括氣體的流入、壓縮和輸出,所以壓氣機(jī)耗功
3、為技術(shù)功,通常用符號(hào)Wc表示壓氣機(jī)的耗功,并令對(duì)于1kg工質(zhì),有83.不同壓縮過(guò)程的比較絕熱過(guò)程:無(wú)專門的冷卻措施,壓縮過(guò)程進(jìn)行很快,熱量來(lái)不及釋放,氣體與外界的換熱可以忽略不計(jì);等溫過(guò)程:有理想的冷卻條件,壓縮產(chǎn)生的熱量可及時(shí)向外界排出,使壓縮氣體溫度隨時(shí)與初態(tài)溫度相同;多變過(guò)程:實(shí)際過(guò)程在上述兩過(guò)程之間,采用了一定的冷卻措施,但壓縮期間,氣體溫度仍繼續(xù)升高。91.可逆絕熱壓縮壓氣機(jī)耗功wC取決于初、終態(tài)及過(guò)程特征分析102.可逆定溫壓縮3.可逆多變壓縮壓氣機(jī)耗功wC取決于初、終態(tài)及過(guò)程特征分析11a)理想壓縮過(guò)程是等溫壓
4、縮過(guò)程b)通常為多變壓縮,1
5、h(Vh=V1–V3)余隙容積VC=V315生產(chǎn)壓縮空氣的過(guò)程:1-2質(zhì)量m1氣體壓縮:p1?p22-3氣體排向儲(chǔ)氣罐3-4氣體膨脹p2?p14-1氣體吸入氣缸生產(chǎn)量(每周期):16二、余隙容積對(duì)生產(chǎn)量的影響容積效率(volumetricefficiency)17二、余隙容積對(duì)生產(chǎn)量的影響容積效率(volumetricefficiency)假設(shè)氣體壓縮過(guò)程1-2和余隙容積中剩余氣體的膨脹過(guò)程3-4都是多變過(guò)程,且多變指數(shù)相等,均為n,則18二、余隙容積對(duì)生產(chǎn)量的影響討論19三、余隙容積對(duì)理論耗功的影響則生產(chǎn)1kg壓縮氣體耗功
6、20即如生產(chǎn)壓比相同,質(zhì)量相同的同種壓縮氣體,理論上所消耗的功與無(wú)余隙容積時(shí)相同。余隙存在使容積效率降低和生產(chǎn)量降低。若需要壓縮同樣數(shù)量的氣體,必須使用有較大氣缸的機(jī)器,這一有害影響將隨著增壓比的增大而擴(kuò)大。所以余隙容積也稱為有害容積。分析21例題1:活塞式壓氣機(jī)活塞每往復(fù)一次生產(chǎn)0.5kg、壓力為0.35MPa的壓縮空氣??諝膺M(jìn)入壓氣機(jī)時(shí)的溫度為17℃,壓力為0.098MPa,若壓縮過(guò)程為n=1.35的可逆多變過(guò)程,余隙容積比為0.05,試求壓縮過(guò)程中氣缸內(nèi)空氣的質(zhì)量。22第八章壓氣機(jī)的熱力過(guò)程8-1單級(jí)活塞壓縮機(jī)的工作原
7、理和理論耗功量8-2余隙容積的影響8-3多級(jí)壓縮機(jī)和級(jí)間冷卻8-4葉輪式壓氣機(jī)的工作原理238-3多級(jí)壓縮和級(jí)間冷卻工程上需要高壓氣體,但壓縮過(guò)程中隨p升高,T升高同時(shí)?V下降。為進(jìn)一步改進(jìn)壓縮過(guò)程,節(jié)省壓縮耗功和限制壓縮終溫,常用多級(jí)壓縮,中間冷卻的方法。采用等溫壓縮過(guò)程對(duì)壓縮氣體最有利,應(yīng)盡量降低多變指數(shù)。但在轉(zhuǎn)速高、排量大的情況下,要降低多變指數(shù)也是困難的。24氣體在低壓缸中壓縮至一中間壓力后,從低壓缸排出而進(jìn)入中間冷卻器。在這里,壓縮空氣被充分冷卻而放出熱量,并冷卻至初始溫度。氣體在中間冷卻器中的放熱過(guò)程可視為定壓放
8、熱過(guò)程。然后,氣體由中間冷卻器引出,送入高壓缸,進(jìn)一步被壓縮到所需的終壓力,最后從高壓缸排出。一、工作原理25二、理論耗功分析efg2’23’3e-1低壓氣缸吸入氣體1-2低壓氣缸內(nèi)氣體壓縮過(guò)程2-f氣體排出低壓氣缸f-2氣體進(jìn)入中間冷卻器2-2’氣體在中間冷卻器定壓放熱2’-f冷卻后的氣