wc,n
n n 1
RgT1
n1 n
1
18
采用最佳增压比进行双级
压缩的优点： 1、省功
T
p3
p2
p1
T2
3’
2
2、各缸负荷均匀
3
2’
1
T1
3、终温相同，各缸散热量相
等
qHLeabharlann qLs双级压缩中间冷却T-s图
19
☆采用多级压缩，级间冷却，当级数趋向无穷多时压缩过 程趋向等温压缩，此时消耗的压缩功应最小？
本章学习内容（二）
•单级活塞式压气机的工作原理 •单级活塞式压气机所消耗的机械功和容积效率 •双级活塞式压气机的工作过程 •叶轮式压气机
工作原理：活塞式、叶轮式和引射式 出口压力：压气机、鼓风机、通风机
1
☆抽真空的设备能否归入压气机中去？ 广义地说，抽真空的真空泵也是压气机，它将低于 大气压力的气体吸入，升高压力至略高于大气压时排 出，其热力学原理与压气机一样。
2’ 2 2”
定温 多变
绝热
p1 4
0
5’ 5 5” V2’ V2 V2”
1
6 v
V1
单级理想压气机p-V图
2
技术功 wt 1 vdp
压气机所耗的功 wc＝-wt
6
1、可逆定温压缩
wc, T
RgT1 ln
p2 p1
RgT1 ln
2、可逆绝热压缩
wc,s
k
k
1
RgT1
(
p2 p1
k 1
)k
1
k
k
1
RgT1
k 1 k
1
3、可逆多变压缩
wc, n
n
n
1
RgT1
(
p2 p1
n1
)n
1
n
n
1
RgT1
n1 n
1
7
p p2 3
2’ 2 2”
定温 多变
绝热
p1 4
0
5’ 5 5” V2’ V2 V2”
1 6v V1
单级理想压缩机p-V图
对压气机而言，示功图 p-v 图所包围的面积表示压
15
三)、双级活塞式压气机的耗功及最佳增压比
压缩1kg气体所消耗的功
wc,n
n
n
1
RgT1
(
p2
)
n1 n
p1
1
n
n
1
RgT3
(
p4 p3
n1
)n
1
n n 1
RgT1 (
p2 p1
n1
)n
(
p4 p2
n1
)n
2
在p1和p4 间合理选择p2，可使压气机消耗的功最少。对上式求一 阶导数并令其等于零，结果解得
v
Ve Vh
V3 Vc
1
V4 Vc n
v
Ve Vh
Vh
Vc Vh
V4
1 Vc Vh
VV4c
1
1 Vc Vh
1 n
1
10
容积效率：
V
1 Vc Vh
(
1 n
1)
Vc
称为压气机的余隙比
Vh
p2
p1 称为压气机的增压比
Vc Vh
增大时，容积效率降低； 提高时，容积效率也降低。
余隙比愈小、增压比愈大、多变指数愈大，则容积效率愈高，
不能，由于制造公差及为避免活塞因热膨胀而与气缸盖碰撞， 同时为了安装进气阀、排气阀等部件，余隙容积是不可避免的。
☆为什么要采用多级压缩及级间冷却的工艺？
工程上常需要高压气体，当气体的压力比p2/p1较高时，若仍采用 单级压缩，将使气体的终温过高而造成润滑油失效及其它安全问题 ，并使耗功过大。同时，实际机器的容积效率也要随之降低。而采 用多级压缩、级间冷却的工艺是获得较高压力的压缩气体一种较好 的手段。
气机的耗功，从 p-v图可以看出定温压缩耗功最少，而
绝热压缩所消耗的机械功最大。因此对压气机应加强
冷却，不仅减少耗功，而且保证润滑条件。
8
二)、容积效率
p
3
2
4
1
V
Vc
Vh V1-V4
有余隙容积压气机示功图
1、有余隙容积存在时，对 wc 及供气量的影响
压缩1kg 气体所消耗的功为：
wc,n
n
n
1
压缩气体的产量也愈大。
11
3、相同的余隙容积和多变指数，增压比对容积效率的影响
p
P2 ”
3”(2”)
P2 ’ 3’ p2 3
2’ 2
pb
4
1 4’
Vc
Ve
Vh
增压比对容积效率的影响
1） Ve， v
2）当 ，p2 ，压缩终温t2
V
3）对于压力较高的情况，一 般采用双级压缩和中间冷却。
12
☆既然余隙容积具有不利影响，是否可能完全消除？
2
一 单级活塞式压气机的压气过程
一）、结构简图
空气进口
排入空气瓶中
主要部件：1、活塞 2、气缸 3、滤清器 4、吸、排气阀 5、散热肋片
3
p3
2
4
Vc p
3
2
1 Pb V
二）、工作过程 1、吸气过程4-1 2、压缩过程1-2
3、排气过程2-3 4、余隙容积内压缩 空气的膨胀过程3-4
4
1
V
Vc
Vh V1-V4
叶片
扩压管
机械能——增加动能—压力增加
21
q 0且不计进、出口气流动能的变化和重力位能的变化
任意工质、任意绝热过程压缩每千克气体所消耗的功为
纯粹从热力学理论来看是这样，但实践中多级压气机 用于生产高压的压缩气体时，级数不能过多，级数过多 会使机构复杂，造价增高，运行可靠性下降，活塞式压 气机一般常用的为两级或三级，最多不超过六级。
例题\第五章\A503.ppt
20
四 叶轮式压气机
优点：流量大、气体能无间歇地连续流进流出
径流式（即离心式） 轴流式
单级活塞式压气机示功图
图中2-3和4-1不是状态
变化，而是表示气缸内 气体质量的变化。
4
P
2’ 2 2”
P2
三种压缩过程图示
1-2” 绝热过程
P1 1
1-2’ 定温过程
T 2’
V
P2
2”
P1
2
1
1-2 多变过程
s
5
二 单级活塞式压气机所消耗的机械功和容积效率
一）、压气机工作过程的作功分析
p p2 3
13
三 双级活塞式压气机的工作过程
一)、工作原理及简图
冷却水
双级活塞式压气机示意图
14
二)、双级活塞式理想压缩机 p-V 图 p1p4：
p 6
p3
p2
定温线
45 3
多变 过程
2
双级压缩：面积0123460
单级压缩：面积012560
双级压缩省功而且压缩终 温较低，有利于润滑。
p1
1
0
V
双级活塞式压气机p-V图
RgT1
n1 n
1
无余隙容积时，压缩1kg 气体所消耗的功为：
wc ,n '
n
n 1
RgT1
n1 n
1
有余隙容积和无余隙容积时，压缩1kg 气体所消耗的功是
相同的。
9
p
3
2
4
1
Vc
Vh V1-V4
2、容积效率：
有效容积：Ve=V1-V4 V 活塞排量：Vh=V1-Vc
容积效率：有效吸气体积与气缸工作体积之比。
p2 p1 p4
即
p2 p4 p4 p4
p1 p2 p3
p1
16
耗功最小，则两级增压比应相同，这个增压比称为最佳增压比。
压气机消耗的功是每个气缸消耗功的两倍
wc,n
2
n
n
1
Rg
T1
n1 n
1
17
m级压缩，最佳增压比为
1
pm a x pm in
m
采用最佳增压比，且有效冷却，则各级耗功相同，每一级均为