第8次课压气机(1)解析
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压气机的特性认识通过这学期的课堂学习和近段时间课下查资料学习,使我对压气机的知识有了一定的了解和认识。
压气机是燃气涡轮发动机的重要部件之一,它的作用是给燃烧室提供经过压缩的高压、高温气体。
根据压气机的结构和气流流动特点,可以把它分为两种主要型式:轴流式压气机和离心式压气机。
首先,我们了解下轴流压气机的结构和工作特性。
轴流式压气机由两大部分组成,与压气机旋转轴相联接的轮盘和叶片构成压气机的转子,外部不转动的机匣和与机匣相联接的叶片构成压气机的静子。
转子上的叶片称为动叶,静子上的叶片称为静叶。
每一排动叶和紧随其后的一排静叶构成轴流式压气机的一级。
压气机的效率高,说明压缩过程中的流阻损失小,实际过程接近理想过程。
或者说,压气机效率愈高,达到相同增压比时,所需要外界输入的机械功愈少。
目前,单级轴流压气机的绝热效率可以达到90%以上,高增压比的多级轴流压气机的绝热效率也可以达到85%以上。
高增压比的轴流压气机通常由多级组成,其中每一级在一般情况下都是由一排动叶和一排静叶构成,且每级的工作原理大致相同,因此我们可以通过研究压气机的一级来了解其工作原理。
轴流压气机的基元级由一排转子叶片和一排静子叶片组成,它保留了轴流压气机的基本特征。
为研究方便,可将圆柱面上的环形基元级展开成为平面上的基元级(如图1-1),在二维平面上研究压气机基元级的工作原理。
图1-1展开成平面的基元级速度三角形在研究压气机工作特性中有着重要的作用。
将动叶进口和动叶出口的速度三角形叠加画到一起,就可以得到基元级的速度三角形,如图1-2(a)所示。
在一般亚声速流动的情况下,气流经过基元级的动叶和静叶后,绝对速度的周向分量Cu和相对速度的周向分量Wu 变化比较大,而绝对速度的轴向分量Ca和相对速度的轴向分量w a变化不大,可近似地认为Ca1=Ca2=Ca3。
这样,基元级的速度三角形可进一步化简为图1-2(b)所示形式。
通过速度三角形我们就可以对压气机中气体流动情况进行分析。
第八章压气机的热力过程1、利用人力打气筒为车胎打气时用湿布包裹气筒的下部,会发现打气时轻松了一点,工程上压气机缸常以水冷却或气缸上有肋片,为什么?答:因为气体在压缩时,以等温压缩最有利,其所消耗的功最小,而在人力打气时用湿布包裹气筒的下部或者在压气机的气缸用水冷却,都可以使压缩过程尽可能的靠近等温过程,从而使压缩的耗功减小。
2、既然余隙容积具有不利影响,就是否可能完全消除它?答:对于活塞式压气机来说,由于制造公差、金属材料的热膨胀及安装进排气阀等零件的需要,在所难免的会在压缩机中留有空隙,所以对于此类压缩机余隙容积就是不可避免的,但就是对于叶轮式压气机来说,由于它就是连续的吸气排气,没有进行往复的压缩,所以它可以完全排除余隙容积的影响。
3、如果由于应用气缸冷却水套以及其她冷却方法,气体在压气机气缸中已经能够按定温过程进行压缩,这时就是否还需要采用分级压缩?为什么?答:我们采用分级压缩的目的就是为了减小压缩过程中余隙容积的影响,即使实现了定温过程余隙容积的影响仍然存在,所以我们仍然需要分级压缩。
4、压气机按定温压缩时,气体对外放出热量,而按绝热压缩时不向外放热,为什么定温压缩反较绝热压缩更为经济?答:绝热压缩时压气机不向外放热,热量完全转化为工质的内能,使工质的温度升高,压力升高,不利于进一步压缩,且容易对压气机造成损伤,耗功大。
等温压缩压气机向外放热,工质的温度不变,相比于绝热压缩气体压力较低,有利于进一步压缩耗功小,所以等温压缩更为经济。
5、压气机所需要的功可从第一定律能量方程式导出,试导出定温、多变、绝热压缩压气机所需要的功,并用T-S 图上面积表示其值。
答:由于压缩气体的生产过程包括气体的流入、压缩与输出,所以压气机耗功应以技术功计,一般用w c 表示,则w c = -w t由第一定律:q=△h+w t ,定温过程:由于T 不变,所以△h 等于零,既q=w t ,q=T △s,21ln p p R s g =∆,则有12ln p p T R w g c = 多变过程:w c = -w t =△h-q()⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----=---=-111111111112112112n n g g V P P T R n n T T T R n n T T c n n q κκκκκ ()⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=-=∆-1111112112112n n g g p p p T R T T T R T T c h κκκκ 所以⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-111121n n g c p p T R n n w 绝热过程:即q=0,所以⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=∆=-=-111121n n g t c p p T R h w w κκ 6、活塞式压气机生产高压气体为什么要采用多级压缩及级间冷却的工艺?答:由于活塞式压气机余隙容积的存在,当压缩比增大时,压气机的产气量减小,甚至不产气,所以要将压缩比控制在一定范围之内,因此采用多级压缩,以减小单级的压缩比。