實際壓縮循環

有餘隙存在的理想氣體壓縮循環稱為實際壓縮循環，總共有四個階段，分別為吸氣階段、壓縮階段、排氣階段和膨脹階段。一個工作循環所作功的大小等於等效圖封閉曲線內的面積；由於余隙內高壓氣體的存在，使吸氣量減少，增加能耗，故壓縮機的余隙不宜過大。

基本介紹

• 中文名：實際壓縮循環
• 外文名：Actual compression cycle
• 過程：余隙存在的理想氣體壓縮循環
• 分為：吸氣、壓縮、排氣和膨脹階段
• 結果：吸氣量減少，增加能耗
• 改善措施：壓縮機的余隙不宜過大

余隙容積存在

在理論壓縮循環中曾作了一系列的假設，而實際壓縮循環問題則複雜得多，因為這些假設因素都是客觀存在的，在分析實際壓縮循環時，就必須全面地加以考慮。為了了解壓縮機的實際壓縮循環，一般用示功儀來測量缸內氣體體積和壓力變化的關係。實際工作的壓縮機，排氣過程終了時，壓縮腔內被殘餘氣體占有的容積為壓縮機的余隙容積，如圖1所示。余隙容積由以下部分組成:

圖1

(1)活塞位於止點時，活塞端面與缸蓋之間的容積V₀₁，即活塞端面間隙；

(2)在活塞端面與第一道活塞環間距L間，由氣缸鏡面與活窘外圓之間所包圍的環形空間V₀₂

(3)在氣閥至氣缸容積的通道間所形成的容積V₀₃

(4)氣閥內部所形成的剩餘容積V₀₄

即 V_m=V₀₁+V₀₂+V₀₃+ V₀₄

受到的影響

實際壓縮循環是由吸氣，壓縮、排氣和膨脹等四個過程所組成。而實際壓縮過程所以比理論壓縮過程複雜，主要受下列諸因素的影響：

(1)由於氣缸余隙容積V₀的存在，使高壓氣體不能全部排出氣缸。在活塞改變行程後，出現了高壓氣體的膨脹線。

(2)壓縮機的吸氣和排氣是藉助於氣缸和吸、排氣閥腔內的壓力差Δp來完成的。在膨脹終點，由於氣缸和吸氣閥之間無壓差，吸氣閥不能開啟。待活塞繼續右移時，氣缸內壓力p₀低於吸氣閥的名義吸氣壓力p₁，兩者之間壓差足以克服閥片彈簧力和閥片慣性力，吸氣閥開啟。在開啟之初，氣閥通流面積不夠大，活塞此刻正加速右移，氣缸內的容積尚不能被進入氣缸的氣體所填補，故氣閥全開，氣閥內壓力不再下降，但由於氣閥的節流和阻力損失，吸入過程曲線始終低於名義吸入壓力線。排氣過程線與此相似，但由於除氣閥本身阻力外；還有到下一級的輸送管道的阻力損失。因此，實際排氣壓力比名義排氣壓力要高得多。

(3)從理論循環和實際循環P-V圖上可以看出，實際壓力大於名義壓力。這樣在排氣量相同條件下，實際循環耗功大於理論循環耗功，並使氣體實際排出溫度了，高於理論循環排氣溫度了。

(4)吸氣閥、活塞環和填料的泄漏，使實際指示圖較理論指示圖的壓縮曲線平坦些，膨脹曲線陡直些。排氣閥、活塞環的泄漏使相鄰高壓氣缸向低壓氣缸內漏時，使實際指示圖較理論指示圖的壓縮曲線陡直些，膨脹曲線平坦些。

(5)實際過程中，由於氣缸受冷卻速度的限制和氣缸，活塞受金屬熱惰性的影響，在壓縮和膨脹過程中，多變指數m並非定值。

(6)由於受熱交換的影響，使吸氣溫度發生變化，因而也影響氣缸的吸氣能力。實際工作循環中，必須考慮吸、排氣過程中的壓力損失。

調節的必要性

由於余隙容積的存在，對於實際壓縮循環，我們需要進行調節：

(1)因裝配和調節的需要，必須留有餘隙容積，否則會造成裝配和調節的困難；

(2)因零件的熱膨脹需要，必須留有活塞端面間隙，否則連桿、活塞桿的熱膨脹伸長會使活塞與氣缸蓋發生撞擊，而使機器損壞；

(3)氣體壓縮時，可能有部分水蒸汽凝結出來，所以必須留有餘隙容積，否則活塞與氣缸蓋會產生。“水擊”現象而使機器損壞；

(4)壓縮機在吸入，排出氣體的過程中，因有餘隙容積存在，使殘留在其中的氣體發生膨脹，對進氣閥、排氣閥有緩衝作用；

(5)因有餘隙容積，使殘留在其中的氣體發生膨脹，造成生產能力下降。因余隙容積存在，余隙內的高壓氣體是排不出的，當活塞離開缸蓋而返回運動時，這部分高壓氣體開始膨脹，直到壓力降至進氣開始時的壓力，新鮮氣體才能吸入。可見，余隙的存在，使氣缸的實際吸入容積於氣缸的行程容積，減少了新鮮氣體的吸入量，降低了生產熊力。因此余隙容積對生產能力而言是一個有害容積，在保證運轉可靠性的基礎上，應儘量減少。總之，余隙容積是裝配、調整、安全運行必不可少的空間，但它過大，會影響壓縮機的吸入量，從而影響壓縮機的生產能力。

氣閥阻力與熱交換

氣體通過進氣閥及管路進入氣缸時，一定要產生阻力損失。因此氣缸內的壓力總是低予管路中的壓力，而進氣閥開始升啟到全開又須克服較大的局部阻力，使壓力降得更低。同理，氣缸內實際排出壓力總是高於排出管道的壓力，由於排氣閥的局部阻力，排出閥過段時間才全部開啟。可以看到，示功圖上吸入線和排出線呈波浪形，這是因為氣流速度隨活塞運動速度有變化及閥片的慣性振動，致使阻力損失不穩定而產生的。

壓縮機在每一個壓縮循環中，因為熱交換情況不斷變化而使過程指數不能保持常數。如在壓縮機開始時，氣體溫度低於氣缸壁的溫度，氣缸壁向氣體傳熱，此時壓縮過程是m'>K的多方過程。隨著過程的進行，氣體的溫度不斷提高，氣體與氣缸壁溫度差減小，到某一瞬時，溫差等於零，此時壓縮過程是絕熱過程。當氣體溫度超過氣缸壁溫度，氣體向氣缸壁傳熱，此時壓縮過程為1<m'<K的多方過程。所以在示功圖上，實際壓縮曲線開始階段在理論循環中絕熱線之外，後一階段在絕熱線之內。綜上所述，實際壓縮循環是由吸入、壓縮、排出和膨脹四個過程組成，其中壓縮、膨脹是熱力過程，吸入、排出是流體流動過程，無狀態變化。