分析活塞式壓縮機(jī)工作過程的目的在于研究其主要工作參數(shù)，如排氣量、功率、壓力、溫度之間的關(guān)系，從而解決排氣量、功率和溫度的計(jì)算問題。

進(jìn)行壓縮機(jī)熱力計(jì)算的任務(wù)是根據(jù)要求的排氣量和工作壓力來確定所需的功率、氣缸直徑、行程和轉(zhuǎn)速等，或是對(duì)已有壓縮機(jī)進(jìn)行改造，確定其所能達(dá)到的排氣量和消耗的功率。

壓縮機(jī)的實(shí)際工作循環(huán)

實(shí)際壓縮機(jī)中，為避免活塞與缸蓋相撞，以及考慮氣閥結(jié)構(gòu)、氣閥安裝的需要，在氣缸端部都留有一定的空隙，稱為余隙容積。此外，在壓縮機(jī)吸氣、排氣過程中有阻力損失，這些因素都使實(shí)際工況比理論工況復(fù)雜。

圖1表示壓縮機(jī)一個(gè)單作用級(jí)氣缸的實(shí)際工作循環(huán)。由于存在余隙容積，排氣終了時(shí)缸內(nèi)還有氣體殘留在余隙內(nèi)，當(dāng)活塞自外止點(diǎn)右行時(shí)，缸內(nèi)工作容積增大，殘留氣體的容積隨之增大而壓力降低，這個(gè)過程為膨脹過程，膨脹線為cd。由于氣閥主要依靠缸內(nèi)外氣體壓力差控制啟閉，只有當(dāng)缸內(nèi)氣體膨脹到壓力低于吸氣管內(nèi)壓力p1并且兩壓力差足以克服氣閥自身的流動(dòng)阻力時(shí)，才能頂開吸氣閥，開始吸氣過程。在吸氣過程中缸內(nèi)壓力有波動(dòng)，活塞到內(nèi)止點(diǎn)a時(shí)吸氣終了，吸氣閥關(guān)閉?；钊詢?nèi)止點(diǎn)回行時(shí)，缸內(nèi)容積減小，氣體進(jìn)行壓縮過程，壓縮線為ab。當(dāng)缸內(nèi)壓力p高于排氣管內(nèi)壓力p2并足以克服阻力而頂開排氣閥時(shí)，才開始排氣過程，當(dāng)活塞回到外止點(diǎn)時(shí)，排氣過程終了，完成一個(gè)工作循環(huán)。

圖1 活塞式壓縮機(jī)工作原理示意圖

在p-V圖上表示的實(shí)際循環(huán)稱為實(shí)際指示圖。利用示功儀器可實(shí)測(cè)出壓縮機(jī)的指示圖，指示圖上a一b—c—d—a所包圍的面積代表壓縮機(jī)每個(gè)實(shí)際工作循環(huán)所需的指示功。

壓縮機(jī)工作時(shí)，缸內(nèi)氣體的溫度在不斷變化，圖2所示為某壓縮機(jī)Ⅱ級(jí)缸的膨脹和壓縮過程溫—熵圖。由于氣體的熱力性質(zhì)，一般在壓縮終了時(shí)溫度最高，膨脹終了時(shí)溫度最低，氣缸壁面溫度則由于熱惰性及缸外冷卻而保持基本穩(wěn)定，大約處于吸氣、排氣溫度的平均值。因此，如圖2所示，在膨脹開始階段，缸內(nèi)殘留氣體的溫度高于缸壁溫度，氣體把熱量傳給缸壁，這個(gè)階段是放熱膨脹，膨脹過程指數(shù)m'>k；隨著膨脹過程的進(jìn)行，氣體溫度逐漸降低，到了后期，氣體溫度低于缸壁溫度，氣體從缸壁吸熱，成為吸熱膨脹 m'<k。一般情況下吸熱膨脹部分是主要的，如圖2中cd所示。壓縮過程則相反，開始階段是吸熱壓縮，壓縮過程指數(shù)m>k；到后期則成為放熱壓縮m<k。一般放熱壓縮部分是主要的，如圖2中ab所示。

圖2 壓縮機(jī)實(shí)際循環(huán)溫—熵圖

實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)的區(qū)別是：

（1）由于存在余隙容積，實(shí)際工作循環(huán)由膨脹、吸氣、壓縮和排氣四個(gè)過程組成，而理論工作循環(huán)無膨脹過程，這就使得實(shí)際吸氣量比理論值少。

（2）實(shí)際吸、排氣過程存在阻力損失，使氣缸內(nèi)的實(shí)際吸氣壓力低于吸氣管內(nèi)壓力p1，而實(shí)際排氣壓力高于排氣管內(nèi)的壓力p2。吸、排氣管內(nèi)的壓力取決于外界系統(tǒng)壓力，與缸內(nèi)過程無關(guān)，此壓力是在壓縮機(jī)標(biāo)準(zhǔn)吸、排氣位置上測(cè)得的壓力，稱為標(biāo)準(zhǔn)吸、排氣壓力，也稱為名氣壓力。而氣缸氣體的瞬時(shí)工作壓力p是周期性變化的。

（3）壓縮機(jī)工作中，活塞環(huán)、填料和氣閥等不可避免會(huì)有泄漏。

（4）在膨脹和壓縮過程中，氣體與缸壁間的熱交換使膨脹過程指數(shù) m'和壓縮過程指數(shù) m不斷變化。為計(jì)算方便，工程上常把過程指數(shù)簡(jiǎn)化成常數(shù)。常用的方法有兩種。

一種是等端點(diǎn)法。如圖3所示，保持指示圖上各端點(diǎn)的位置不變，用假想的m等于常數(shù)的過程線來代替實(shí)際過程線，這樣得出的過程指數(shù)稱等端點(diǎn)過程指數(shù)。這種方法是維持簡(jiǎn)化前后的端點(diǎn)位置不變，但指示圖的面積略有減少，故適用于計(jì)算吸氣量。

另一種是等功法。如圖 3 所示，簡(jiǎn)化的原則是維持指示圖的面積不變。假想從膨脹過程始點(diǎn)3（或壓縮過程始點(diǎn)1）出發(fā)，作m等于常數(shù)的膨脹線（或壓縮線）。此線代替實(shí)際的過程線而保持指示圖的面積不變，這樣過程指數(shù)稱為當(dāng)量過程指數(shù)，過程線稱為當(dāng)量過程線，因它保持指示圖面積不變，常用來計(jì)算指示功。

圖3 過程指數(shù)簡(jiǎn)化圖