[科普中国]-实际压缩循环

有余隙存在的理想气体压缩循环称为实际压缩循环，总共有四个阶段，分别为吸气阶段、压缩阶段、排气阶段和膨胀阶段。一个工作循环所作功的大小等于等效图封闭曲线内的面积；由于余隙内高压气体的存在，使吸气量减少，增加能耗，故压缩机的余隙不宜过大。

余隙容积存在在理论压缩循环中曾作了一系列的假设，而实际压缩循环问题则复杂得多，因为这些假设因素都是客观存在的，在分析实际压缩循环时，就必须全面地加以考虑。为了了解压缩机的实际压缩循环，一般用示功仪来测量缸内气体体积和压力变化的关系。实际工作的压缩机，排气过程终了时，压缩腔内被残余气体占有的容积为压缩机的余隙容积，如图1所示。余隙容积由以下部分组成:

(1)活塞位于止点时，活塞端面与缸盖之间的容积V01，即活塞端面间隙；

(2)在活塞端面与第一道活塞环间距L间，由气缸镜面与活窘外圆之间所包围的环形空间V02

(3)在气阀至气缸容积的通道间所形成的容积V03

(4)气阀内部所形成的剩余容积V04

即 Vm=V01+V02+V03+ V041

受到的影响实际压缩循环是由吸气，压缩、排气和膨胀等四个过程所组成。而实际压缩过程所以比理论压缩过程复杂，主要受下列诸因素的影响：

(1)由于气缸余隙容积V0的存在，使高压气体不能全部排出气缸。在活塞改变行程后，出现了高压气体的膨胀线。

(2)压缩机的吸气和排气是借助于气缸和吸、排气阀腔内的压力差Δp来完成的。在膨胀终点，由于气缸和吸气阀之间无压差，吸气阀不能开启。待活塞继续右移时，气缸内压力p0低于吸气阀的名义吸气压力p1，两者之间压差足以克服阀片弹簧力和阀片惯性力，吸气阀开启。在开启之初，气阀通流面积不够大，活塞此刻正加速右移，气缸内的容积尚不能被进入气缸的气体所填补，故气阀全开，气阀内压力不再下降，但由于气阀的节流和阻力损失，吸入过程曲线始终低于名义吸入压力线。排气过程线与此相似，但由于除气阀本身阻力外；还有到下一级的输送管道的阻力损失。因此，实际排气压力比名义排气压力要高得多。

(3)从理论循环和实际循环P-V图上可以看出，实际压力大于名义压力。这样在排气量相同条件下，实际循环耗功大于理论循环耗功，并使气体实际排出温度了，高于理论循环排气温度了。

(4)吸气阀、活塞环和填料的泄漏，使实际指示图较理论指示图的压缩曲线平坦些，膨胀曲线陡直些。排气阀、活塞环的泄漏使相邻高压气缸向低压气缸内漏时，使实际指示图较理论指示图的压缩曲线陡直些，膨胀曲线平坦些。

(5)实际过程中，由于气缸受冷却速度的限制和气缸，活塞受金属热惰性的影响，在压缩和膨胀过程中，多变指数m并非定值。

(6)由于受热交换的影响，使吸气温度发生变化，因而也影响气缸的吸气能力。实际工作循环中，必须考虑吸、排气过程中的压力损失。2

调节的必要性由于余隙容积的存在，对于实际压缩循环，我们需要进行调节：

(1)因装配和调节的需要，必须留有余隙容积，否则会造成装配和调节的困难；

(2)因零件的热膨胀需要，必须留有活塞端面间隙，否则连杆、活塞杆的热膨胀伸长会使活塞与气缸盖发生撞击，而使机器损坏；

(3)气体压缩时，可能有部分水蒸汽凝结出来，所以必须留有余隙容积，否则活塞与气缸盖会产生。“水击”现象而使机器损坏；

(4)压缩机在吸入，排出气体的过程中，因有余隙容积存在，使残留在其中的气体发生膨胀，对进气阀、排气阀有缓冲作用；

(5)因有余隙容积，使残留在其中的气体发生膨胀，造成生产能力下降。因余隙容积存在，余隙内的高压气体是排不出的，当活塞离开缸盖而返回运动时，这部分高压气体开始膨胀，直到压力降至进气开始时的压力，新鲜气体才能吸入。可见，余隙的存在，使气缸的实际吸入容积于气缸的行程容积，减少了新鲜气体的吸入量，降低了生产熊力。因此余隙容积对生产能力而言是一个有害容积，在保证运转可靠性的基础上，应尽量减少。总之，余隙容积是装配、调整、安全运行必不可少的空间，但它过大，会影响压缩机的吸入量，从而影响压缩机的生产能力。1

气阀阻力与热交换气体通过进气阀及管路进入气缸时，一定要产生阻力损失。因此气缸内的压力总是低予管路中的压力，而进气阀开始升启到全开又须克服较大的局部阻力，使压力降得更低。同理，气缸内实际排出压力总是高于排出管道的压力，由于排气阀的局部阻力，排出阀过段时间才全部开启。可以看到，示功图上吸入线和排出线呈波浪形，这是因为气流速度随活塞运动速度有变化及阀片的惯性振动，致使阻力损失不稳定而产生的。

压缩机在每一个压缩循环中，因为热交换情况不断变化而使过程指数不能保持常数。如在压缩机开始时，气体温度低于气缸壁的温度，气缸壁向气体传热，此时压缩过程是m'>K的多方过程。随着过程的进行，气体的温度不断提高，气体与气缸壁温度差减小，到某一瞬时，温差等于零，此时压缩过程是绝热过程。当气体温度超过气缸壁温度，气体向气缸壁传热，此时压缩过程为1