压气机的原理和特性

天津市高等教育自学考试

热工基础与应用--综合实验报告

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模具设计与制造专业

热 工 基 础 与 应 用

综合实验报告

（一）压气机性能实验

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第 2 页 共 13 页 一、活塞式压气机概述

1.活塞式压气机结构及工作原理

（1）活塞式压气机结构

压气机在现代工业以及现代人的生活中被越来越多的广泛应用，不论是汽车上的涡轮增压系统还是航空航天发动机中的涡喷应用，随着技术的不断革新，其结构、性能也在不断的优化、提高。本实验旨在通过对简单形式的压气机，进行结构、工作原理以及性能的实验，以达到验证并深刻理解、掌握热工学课程中所学得的知识并应用于实际生产实践中。

本次实验所用压气机为“活塞式压气机”，现就其结构及特点作简要说明。

活塞式压气机是通用的机械设备之一，是一种将机械能转化为气体势能的机械。

图1.1 活塞式压气机机构简图

图1-2 三维仿真示意图

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第 3 页 共 13 页 （2）活塞式压气机工作原理：

电机通过皮带带动曲柄转动，由连杆推动活塞作往复移动，压缩汽缸内的空气达到需要的压力。曲柄旋转一周，活塞往复移动一次，压气机的工作过程分为吸气、压缩、排气三步。

继电器的工作原理和特性

继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

电磁继电器的工作原理和特性

电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。

热敏干簧继电器的工作原理和特性

热敏干簧继电器是一种利用热敏磁性材料检测和控制温度的新型热敏开关。它由感温磁环、恒磁环、干簧管、导热安装片、塑料衬底及其他一些附件组成。热敏干簧继电器不用线圈励磁，而由恒磁环产生的磁力驱动开关动作。恒磁环能否向干簧管提供磁力是由感温磁环的温控特性决定的。

固态继电器（SSR）的工作原理和特性

固态继电器是一种两个接线端为输入端，另两个接线端为输出端的四端器件，中间采用隔离器件实现输入输出的电隔离。

固态继电器按负载电源类型可分为交流型和直流型。按开关型式可分为常开型和常闭型。按隔离型式可分为混合型、变压器隔离型和光电隔离型，以光电隔离型为最多。

继电器主要产品技术参数

额定工作电压

是指继电器正常工作时线圈所需要的电压。根据继电器的型号不同，可以是交流电压，也可以是直流电压。

直流电阻

是指继电器中线圈的直流电阻，可以通过万能表测量。

压气机工作原理

压气机是一种用来增加气体压力的机械设备，它在各种工业领域中都有着广泛的应用。压气机的工作原理是通过机械运动将气体压缩，从而增加气体的压力。在本文中，我们将详细介绍压气机的工作原理及其相关知识。

首先，我们来了解一下压气机的基本结构。压气机通常由叶轮、壳体、驱动装置和控制系统等部分组成。叶轮是压气机中最关键的部件，它通过旋转运动将气体压缩。壳体则起到了固定叶轮和导向气体流动的作用。驱动装置则提供了叶轮旋转所需的动力，而控制系统则用于监测和调节压气机的运行状态。

压气机的工作原理主要包括吸气、压缩和排气三个过程。在吸气过程中，叶轮旋转，气体被吸入并被带动旋转。随后，气体进入叶轮，叶轮的旋转运动将气体压缩，从而增加了气体的压力。最后，在排气过程中，压缩后的气体被排出压气机，从而完成了整个工作循环。

在压气机的工作过程中，需要注意一些关键参数的控制。首先是压气机的进气量和出气量，这直接影响了压气机的工作效率。其次是压气机的压力比，即压缩前后气体的压力比值，这也是衡量压气机性能的重要指标。此外，还需要关注压气机的温度和振动等运行状态参数，以确保压气机的安全稳定运行。

压气机的工作原理涉及到流体力学、热力学等多个学科知识。在实际应用中，不同类型的压气机有着不同的工作原理和特点。例如离心式压气机通过离心力将气体压缩，而螺杆式压气机则是通过螺杆的旋转将气体压缩。不同类型的压气机在不同的工况下有着各自的优势和适用范围。

总的来说，压气机是一种非常重要的工业设备，它在许多行业中都有着广泛的应用。了解压气机的工作原理对于正确使用和维护压气机至关重要。通过本文的介绍，希望读者能对压气机的工作原理有一个更深入的了解，从而更好地应用于实际生产中。 在工业生产中，压气机扮演着至关重要的角色，它的工作原理和性能直接影响着生产效率和产品质量。因此，对压气机的工作原理进行深入的了解和研究，对于提高生产效率和节约能源具有重要的意义。希望本文能够帮助读者更好地理解压气机的工作原理，从而更好地应用于实际生产中。

压气机的设计过程

设计过程大致可分为五个密切相关的步骤即初步设计、S2通流计算、叶片造型（二元）、叶片造型（三元）和放大尺寸的试验件研究。这五个步骤环环相扣, 每个阶段采用不同层次的数学物理模型和经验数据, 相互补充, 相互交叉检验, 最终将设计风险降到最小。西方研制的压气机效率较高, 是与这种设计体系有关的。以下对各设计步骤作简要说明。

初步设计—事先从整体上论证、预估所设计的风扇压气机方案的可行性

初步设计从压气机总性能的设计要求出发, 采用1D平均流线分析程序和经验数据, 计算出负荷的轴向匹配, 并估算压气机性能（流量、压比、效率和喘振裕度）, 确定内外环壁形状、级数和总长度等。PW、RR和GE等公司都是这样做的。初步设计十分重要, 而且需要较多的经验。如这一步犯了基本的错误, 例如选取了较少的级数和较短的长度, 致使叶片负荷过高和展弦比太大, 在以下的通流计算和叶型设计中将无法纠正。初步设计确保了整个设计方案的可行性。

通流设计— S2程序与经验输入的协调设计

采用S2程序及损失等经验数据, 解决流场的径向平衡和匹配。开始时叶片展向压比和效率值取自初步设计, 此后在迭代中可进一步修正叶型损失和落后角这些经验数据。采用扩散因子以及静子根部马赫数限制等准则, 可以得到各流面叶栅的马赫数、气流转折角、扩散因子等的合理值。在多级压气机中的通流设计中, 环壁堵塞系数的选取十分关键。如果选取不准, 则某些级流量会偏离设计点而导致整个压气机前后级不匹配。另外, 为考虑径向掺混的影响, 通流设计程序中的掺混系数等还须与试验相配合, 进而加以确定, 详见3.5节。

叶片造型（二元）—任意叶型的气动优化造型

20世纪70年代以前, 大多采用标准叶型和经验数据关联进行几何造型。目前英、法、德的发动机公司已采用S1BYL2、MISES等S1程序进行任意叶型的气动造型。即通过S2-S2系统, 用S1正问题程序反复计算和修改叶型, 采用叶表面速度分布、损失系数以及叶面附面层参数等准则, 使叶型得以气动优化。而美国的发动机公司虽没有报道S1程序的名称, 但如NAFCOT计划, 实际上也采用功能相同的S1程序,