第二章-壓縮機級的循環(huán)

活塞式壓縮機級的循環(huán)

氣體性質(zhì)；過程方程及過程功；常用的術(shù)語；理論循環(huán)和實際循環(huán)；指示圖；循環(huán)功多級壓縮；級的循環(huán)氣體的熱力性質(zhì)氣體狀態(tài)方程任何氣體，三者不是完全獨立的，它們之間存在看一定的關(guān)系，并可表示成對于理想氣體，其狀態(tài)方程當(dāng)mkg氣體時，表示為克拉貝隆方程雖然理想氣體實際上并不存在，但對于氣體分子的體積相對于氣體比容很小、分子間作用力相對于氣體壓力也很小時，為計算方便把它們作為理想氣體來處理，誤差是不大的。范德瓦爾(vanderwal)第一個提出了計及氣體分子容積和作用力的實際氣體狀態(tài)方程其中a計及分子作用力時對壓力進行的修正；b為計及分子容積時對比培進行的修正工程計算中，常采用一個總的修正系數(shù)來修正理想氣體狀態(tài)方程；以便其滿足實際氣體即氣體的壓縮性系數(shù)，其值與氣體性質(zhì)、壓力和溫度有關(guān)，它需由實驗求得，在附錄中列有常見氣體的Z值曲線。遠離液態(tài)的氣體，即使壓力很高仍然有準確性，但易于液化的氣體，誤差大為了便于理解壓縮因子Z的物理意義實際氣體比容理想氣體比容壓縮因子Z即為溫度、壓力相同時的實際氣體比體積與理想氣體比體積之比。Z﹥l，說明該氣體的比體積比將之作為理想氣體在同溫同壓下計算而得的比體積大，也說明實際氣體較之理想氣體更難壓縮；反之，若Z﹤l，則說明實際氣體可壓縮性大。所以Z是從比體積的比值或從可壓縮性大小來描述實際氣體對理想氣體的偏離對于無Z值曲線的氣體，或者混合氣體，可近似應(yīng)用通用Z值曲線求取。圖中的曲線是按對比態(tài)原理作成的：對多種流體的實驗數(shù)據(jù)分析顯示，接近各自的臨界點時，所有流體都顯示出相似的性質(zhì)，因此產(chǎn)生了用相對于臨界參數(shù)的對比值，代替壓力、溫度相比體積的絕對值，并用它們導(dǎo)出普遍適用的實際氣體狀態(tài)方程的想法。這樣的對比值分別被定義為對比壓力、對比溫度

、對比比體積對于任何一種氣體而言都有一個特定的溫度，在該溫度以上，無論怎樣加壓，該氣體都不會液化。該溫度即叫做臨界溫度，因此，臨界溫度可以這樣理解，即加壓方法使氣體液化的最高溫度；在臨界溫度下為使氣體液化所需施加的最小壓力，稱為“臨界壓力”。許多大多數(shù)氣體、特別是烴類氣體，臨界壓縮系數(shù)處于Z＝0.23~0.30，故圖Z是按由壓縮因子Z和臨界壓縮因子Zcr的定義可得根據(jù)對應(yīng)態(tài)原理，上式可改寫成若Zcr的數(shù)值取一定時，則進一步簡化成此式為編制通用壓縮因子圖提供了理論基礎(chǔ)但對于氫、氦、氖只有時方可應(yīng)用，而且必須用虛擬的臨界壓力和虛擬的臨界溫度對于氨及水蒸汽，因為它們的分子非球形，正負電荷的中心并非處于分子的幾何中心，因此具有極性，要產(chǎn)生附加的引力，不能使用此通用Z值曲線對于混合氣體，其壓縮性系數(shù)可按下式求取任一組分的千克分子百分比任一組分的壓縮性系數(shù)當(dāng)量千克分子量若應(yīng)用圖1-1求取Zm，則需求取混合氣的當(dāng)量臨界壓力及當(dāng)量臨界溫度。當(dāng)各組分臨界壓力及臨界比容相近，并且滿足則當(dāng)量臨界壓力及當(dāng)量臨界溫度為而氫、氦等氣體，仍應(yīng)以虛擬的臨界壓力及溫度代入當(dāng)任意兩組分的臨界壓力比超過20%時，當(dāng)量臨界壓力應(yīng)以下式計算而臨界溫度的計算公式不變過程方程及過程功應(yīng)符合能量守恒定律對理想氣體、實際氣體以及不同的壓縮過程分別進行討論理想氣體(1)絕熱過程對于混合氣體，其絕熱指數(shù)可由下式求取絕熱過程中的外功，以壓縮過程為例，并假定對氣體所作之功為正值，則對于1kg氣體由狀態(tài)l壓縮至狀態(tài)2對于mkg氣體等效(2)多變過程應(yīng)符合能量守恒定律過程中存在熱交換，熱量變化可表示為理想氣體的焓表示為多方指數(shù)多方過程功多方過程的熱量在壓縮過程中，當(dāng)1＜n＜K熱量為負，即熱量自系統(tǒng)傳到外界，n＞k時，為正值，熱量自外界傳入系統(tǒng)。膨脹過程相反不同熱力過程熱交換量在T-S圖上的表示放熱伴隨著S的減少吸熱伴隨著S的增加(3)等溫過程等溫過程功在等溫過程中，全部的功變?yōu)闊崃總鞯搅送饨鐚嶋H氣體理想氣體的過程方程是假定氣體比熱與壓力無關(guān)導(dǎo)出的，但實際氣體的比熱不僅與溫度有關(guān)，而且還取決于壓力，所以理想氣體的過程方程也不能適用于實際氣體實際氣體的定壓比熱表示為大氣壓力下理想氣體在相應(yīng)溫度下定壓比熱考慮壓力、溫度后的修正值實際氣體的比熱比可表示為實際氣體的絕熱過程方程表示為實際氣體絕熱壓縮過程的外功kv值應(yīng)取相應(yīng)于pl、p2時容積絕熱指數(shù)的平均值，容積絕熱指數(shù)是一個變化很大的數(shù)值，實際應(yīng)用起來根不方便，一般是避免使用它常用的幾個概念

外（內(nèi)）止點活塞行程循環(huán)壓縮機中的級壓縮機級的循環(huán)活塞氣缸壓縮機級的理論循環(huán)假設(shè)條件：1.被壓縮的氣體能夠全部排出氣缸；2.進、排氣系統(tǒng)無阻力損失、無氣流脈動、無熱交換；3.壓縮容積無泄漏；4.壓縮過程指數(shù)為常數(shù)。建立理論循環(huán)的目的，是設(shè)置一個評價壓縮機性能的標準。外止點內(nèi)止點PV1234行程S

4－1吸氣過程

1－2壓縮過程

2－3排氣過程值得注意的是壓縮機的循環(huán)過程不是熱力循環(huán)，只有壓縮過程是熱力過程理論循環(huán)P-V圖級的理論循環(huán)過程指示圖對于理想氣體：

n—多變過程指數(shù)。絕熱過程n＝k；等溫過程n＝1。實際壓縮過程指數(shù)一般介于1和k之間，接近絕熱過程

如果是實際氣體，氮氣kv值(25℃、MPa)通常使用右式計算級的理論循環(huán)進氣量

行程容積活塞從外止點到內(nèi)止點的一個行程中所掃過的氣缸容積

級的理論進氣量（P1,T1)狀態(tài)下，活塞在一個行程中所吸進的氣體體積量級的理論容積流量級的理論容積流量qVth為單位時間內(nèi)所形成的工作容積之和，即等于壓縮機級的理論進氣量乘以轉(zhuǎn)速。

理論循環(huán)指示功理論循環(huán)指示功壓縮機完成一個理論循環(huán)所消耗的機械功。為進氣過程功、壓縮過程功和排氣過程功之和，可用圖中所示的4-1-2-3-4面積代表?；钊麑怏w做功為正，氣體對活塞做功為負4－1進氣過程：1－2壓縮過程：2－3排氣過程：理論循環(huán)的指示功理論循環(huán)指示功是完成一次循環(huán)所消耗的最小功。Wi是壓縮機性能好壞的重要特征。當(dāng)壓縮機的結(jié)構(gòu)參數(shù)和工況確定后，功的大小就取決于壓縮過程的特征。三種典型過程的理論循環(huán)指示功

（理想氣體）壓縮過程特點過程方程循環(huán)指示功Wi壓縮過程功Wp等溫T2=T1pV=p1V1p1V1ln(p2/p1)p1V1ln(p2/p1)絕熱過程q=0pVk=C多變過程1<n<kpVn=C理論循環(huán)指示功等于壓縮過程指示功的k倍不同壓縮過程在p-V圖上的表示把相同容積的氣體從p1壓縮至p2，等溫壓縮過程最省功，絕熱壓縮過程耗功最多

實際氣體理論循環(huán)指示功實際氣體狀態(tài)方程：實際氣體多變壓縮過程方程：實際氣體理論循環(huán)指示功：或由于壓縮因子Z的假設(shè)所計算的指示功誤差小于1%。壓縮機級的實際循環(huán)實際循環(huán)指示圖與理論循環(huán)指示圖的區(qū)別影響實際循環(huán)的因素實際循環(huán)指示圖的作用

實際循環(huán)指示圖與理論循環(huán)指示圖的區(qū)別流動阻力導(dǎo)致壓力損失余隙容積——膨脹過程泄漏、熱交換過程指數(shù)變化影響實際循環(huán)的因素

——余隙容積的影響余隙容積的形成線形間隙徑向間隙進排氣通道余隙容積中高壓氣體的膨脹使進入氣缸的新鮮氣體量減少，即氣缸的利用率降低了。影響實際循環(huán)的因素

——壓力損失的影響流動阻力自動閥原理

氣閥運動規(guī)律顫振型閥片的運動

延遲關(guān)閉型閥片的運動

18001800氣閥對壓縮機性能的影響1、余隙容積的影響2、流動阻力損失的影響3、氣閥關(guān)閉不嚴密和延遲關(guān)閉的影響對氣閥的基本要求（實際氣量的減少和單位功耗的增加或者排氣溫度的上升）影響實際循環(huán)的因素

——氣流脈動的影響氣流脈動的原因進、排氣過程的間歇性共振現(xiàn)象

進排氣的頻率與相應(yīng)接管及氣腔中氣體的自振頻率相等

氣流脈動對進排氣過程的影響影響實際循環(huán)的因素

——泄漏的影響泄漏通道進排氣閥不嚴密、活塞環(huán)及填函處的密封

內(nèi)泄漏外泄漏（內(nèi)外泄漏的差別）泄漏對過程線的影響

填函的位置影響實際循環(huán)的因素

——熱交換的影響進氣過程進入氣缸的氣體被加熱壓縮過程吸熱——絕熱——放熱

n>kn=kn<k排氣過程氣體向周圍放熱膨脹過程放熱——絕熱——吸熱

n>kn=kn<k實際循環(huán)在T-S圖中的壓縮線和膨脹線163.2r/min62.9r/min特征點實際循環(huán)指示圖的作用判斷壓