Процессы сжатия в идеальном компрессоре. Компрессором называется устройство, предназначенное для сжатия и перемещения газов. Принцип действия поршневого компрессора таков (рис. 7.1): при движении поршня слева направо давление в цилиндре становится меньше давления р1 открывается всасывающий клапан. Цилиндр заполняется газом. Всасывание изображается на индикаторной диаграмме линией 4-1. При обратном движении поршня всасывающий клапан закрывается, и газ сжимается по линии 1-2. Давление в цилиндре увеличивается до тех мор, пока не станет больше р2 . Нагнетательный клапан открывается, и газ выталкивается поршнем в сеть (линия 2-3).
Рис. 7.1 Индикаторная диаграмма идеального поршневого компрессора.
Затем нагнетатель клапан закрывается, и все процессы повторяются. Индикаторную диаграмму не следует смешивать с р, υ- диаграммой, которая строится для постоянного количества вещества. В индикаторной диаграмме линии всасывания 4-1 и нагнетания 2-3 не изображают термодинамические процессы, так как состояние рабочего тела в них остается постоянным — меняется только его количество. На сжатие и перемещение 1 кг газа затрачивается работа ( ), которую производит двигатель, вращающий вал компрессора. Обозначим ее через . Из рис. (7.1) следует, что . На индикаторной диаграмме изображается площадью 4-3-2-1. Техническая работа, затрачиваемая в компрессоре, зависит от характера процесса сжатия.
Рис. 7.2 Сравнение работы адиабатного, изотермического и политропного сжатия.
На рис. 7.2 изображены изотермический (n=1), адиабатный (n= k) и политропный процессы сжатия. Сжатие по изотерме дает наименьшую площадь, т. е. происходит с наименьшей затратой работы, следовательно, применение изотермического сжатия в компрессоре является энергетически наиболее выгодным. Чтобы приблизить процесс сжатия к изотермическому, необходимо отводить от сжимаемого в компрессоре газа теплоту. Это достигается путем охлаждения наружной поверхности цилиндра водой, подаваемой в рубашку, образуемую полыми стенками цилиндра. Однако практически, сжатие газа осуществляется по политропе с показателем , поскольку достичь значения n=1 не удается. Работа, затрачиваемая на привод идеального компрессора, все процессы в котором равновесны, вычисляется по соотношению . Считая газ идеальным ‘, из уравнения политропы получаем и . Если обозначить расход газа в компрессоре через m, кг/с, то теоретическая мощность привода компрессора определится из уравнения
Рис. 7.3 Схема многоступенчатого компрессора: I-III-ступени сжатия; 1,2-промежуточные холодильники.
Рис. 7.4 Индикаторная диаграмма трехступенчатого компрессора (а) и изображение процесса сжатия в Ts-диаграмме(б).
Многоступенчатое сжатие. Для получения газа высокого давления применяют многоступенчатые компрессоры (рис. 7.3), в которых процесс сжатия осуществляется в нескольких последовательно соединенных цилиндрах с промежуточным охлаждением газа после каждого сжатия.
Видео:ФИЗИКА ЗА 5 МИНУТ - ТЕРМОДИНАМИКАСкачать
Индикаторная диаграмма трехступенчатого компрессора изображена на рис. 7.4. В первой ступени компрессора газ сжимается по политропе до давления pll , затем он поступает в промежуточный холодильник I, где охлаждается до начальной температуры . Сопротивление холодильника по воздушному тракту с целью экономии энергии, расходуемой на сжатие, делают небольшим. Это позволяет считать процесс охлаждения газа изобарным. После холодильника газ поступает во вторую ступень и сжимается по политропе до рIII, затем охлаждается до температуры Т1 в холодильнике 2 и поступает в цилиндр третьей ступени, где сжимается до давления р2.
Читайте также: Масло для компрессора в краснодаре
Если бы процесс сжатия осуществлялся по изотерме 1-3-5-7, то работа сжатия была бы минимальна. При сжатии в одноступенчатом компрессоре по линии 1—9 величина работы определялась бы площадью 0-1-9-8. Работа трехступенчатого компрессора определяется площадью 0-1-2-3-4-5-6-8. Заштрихованная площадь показывает уменьшение затрат работы от применения трехступенчатого сжатия.
Чем больше число ступеней сжатия и промежуточных охладителей, тем ближе процесс к наиболее экономичному — изотермическому, но тем сложнее и дороже конструкция компрессора. Поэтому вопрос о выборе числа ступеней, обеспечивающих требуемую величину р2, решается на основании технических и технико-экономических соображений. Процессы сжатия в реальном компрессоре характеризуются наличием внутренних потерь на трение, поэтому работа, затрачиваемая на сжатие газа, оказывается больше рассчитанной по уравнению .
Эффективность работы реального компрессора определяется относительным внутренним КПД, представляющим собой отношение работы, затраченной на привод идеального компрессора, к действительной. Для характеристики компрессоров, работающих без охлаждения, применяют адиабатный КПД , где — работа при равновесном адиабатном сжатии, вычисленная по уравнению при n = k ; — работа, затраченная в реальном компрессоре при сжатии 1 кг газа.
Для характеристики охлаждаемых компрессоров используют изотермический КПД , где — работа равновесного сжатия в изотермическом процессе, подсчитанная по формуле при n=1.
Термодинамика компрессорного процесса
Простейшая теория компрессорных машин, выражается по формуле
При Конечном давлении воздушного компрессора более 10 МПа следует пользоваться уравнением реального газа
где z – коэффициент сжимаемости, определяется опытным путем.
Основные уравнения. Совместное использование первого закона термодинамики и уравнения состояния идеального газа приводит к следующим уравнениям процессов сжатия и расширения, происходящих в компрессорах
Политропный процесс (6.3)
Адиабатный процесс (6.4)
Видео:9. ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИКИ. ТЕРМОДИНАМИКА КОМПРЕССОРОВ. Работа компрессора. Вредный объём.Скачать
Изотермический процесс (6.5)
Политропный процесс является общим видом термодинамического процесса и протекает в компрессорах в зависимости от внешних и внутренних условий с показателем п = 1,15 – 1,80.
Адиабатным называет процесс без теплообмена с окружающей средой; в таком процессе возможно внутреннее образование теплоты за счёт работы газового трения и вихреобразования. Строго адиабатный процесс в компрессорах получить нельзя вследствие невозможности полной тепловой изоляции газового потока от окружающей среды.
Кроме процессов (6.3 – 6.5) в теории компрессоров рассматривается процесс изоэнтропийный, характеризующийся постоянством энтропии в результате отсутствия теплообмена с окружающей средой и внутреннего тепловыделения, обусловленного газовым трением в потоке. В реальных компрессорах изоэнтропийный процесс невозможен.
Читайте также: Компрессор макита аккумуляторный mp100dz
Диаграммы ST и pv.Указанные процессы удобно изображатьграфически в координатах TS (рис. 6.5).
Здесь представлены основные виды компрессорных процессов: политропный n k, типичный для лопастных компрессоров (рис. 6.5, б);
изоэнтропийный с S=const (рис. 6.5, в);
Изотермический с Т= const (рис. 6.5, г).
Рисунок 6.5 TS диаграммы компрессорных процессов по формулам (6.3 – 6.5)
Процессы на рис. 6.5, в и г в компрессорах неосуществимы, первый – потому что образование теплоты за счёт внутреннего газового трения проявляется весьма существенно, второй – по причине невозможности выполнить конструкцию охлаждающей системы компрессора так, чтобы она обеспечивала сжатие газа при постоянной температуре. Эти два процесса используются для оценки энергетической эффективности компрессоров.
Отметим свойства термодинамических диаграмм компрессорных процессов, показанных на рис. 6.5.
Процесс сжатия во всех случаях показан линиями 1 – 2. В случаях на рис. 6.5 а и б сжатие (повышение давления) сопровождается изменением энтропии и повышением температуры и увеличением энтальпии газа.
Видео:ТЕРМОДИНАМИКА ЗА 15 МИНУТ I ДЕНЬ 66 I ФИЗИКА ЕГЭ 2024 I Эмиль Исмаилов - Global_EEСкачать
В политропном компрессорном процессе при n k (рис. 6.5), что характерно для компрессоров с воздушным или интенсивным водяным охлаждением, площадь 1-2-6-5 под политропой 1-2 процесса сжатия представляет собой количество теплоты, образующейся в потоке вследствие газового трения и вихреобразования.
Энергия. Подводимая к компрессору, расходуется на проведение компрессорного процесса (сжатие и проталкивание) и работу газового трения в проточной полости. Работа компрессорного процесса представляется площадью 1-2-3-4-5. Следовательно, полная энергия, расходуемая компрессором (без энергии, идущей на покрытие механических и объёмных потерь) , выражается площадью 2-3-4-6.
Если бы процесс протекал по изоэнтропе 1-2 , то полная затрата энергии была бы равна площади 1-2 -3-4-5, т.е. была бы меньше на размер площади 1-2 -2-6-5. Следовательно, увеличение энергии , расходуемой компрессором, при переходе от изоэнтропийного процесса к реальному политропному с n>k сопровождается увеличением потребления энергии, равным площади 2 -2-6-5-1. Площадь 1-2 -2 представляет собой энергию, затрачиваемую дополнительно на сжатие и проталкивание объема, появляющегося в результате нагрева газа в процессе трения и вихреобразования.
Изложенные соображения применимы и к рассмотрению TS – диаграмм изоэнтропийного и изотермического процессов (рис. 6.5, в,г).
Наименьшее количество энергии затрачивается в компрессорном процессе с изотермическим сжатием (рис. 6.5 г). Эта энергия представляется площадью 1-2-4-5.
В некоторых случаях удобно изображать компрессорные процессы на pv – диаграмме (рис.6.6). Здесь сплошной линией 1-2 показан процесс при политропном сжатии с n k линией .
Рисунок 6.6 pv – диаграммы компрессорных процессов, по формулам (6.3 – 6.5)
Уравнение энергии компрессорных процессов. Энергия L, затрачиваемая компрессором при сжатии и выталкивании 1 кг газа , выражается площадью pv – диаграммы, ограниченной изобарами начального и конечного давлений, политропой сжатия и осью ординат (рис.6.6).
Читайте также: Компрессор авс турбо 750
Связь между давлениями и температурой в политропном процессе выражается формулой
Присоединяем к формуле (6.8) уравнение состояние, записанное для начальных параметров, .
Уравнение политропного и изоэнтропийного процесса (6.3) и (6.4) совершенно идентичны и разнятся только значениями показателей. Поэтому для изоэнтропийного процесса можно записать следующий формулы:
Видео:Тепло компрессорных установок / Тепловыделение компрессора, рекуперация теплаСкачать
Последняя формула преобразуется в уравнение с помощью соотношений и
Выражающее работу изоэнтропийного процесса через начальную и конечную энтальпии сжимаемости газа.
Для изотермического компрессорного процесса и поэтому получается уравнение (без вывода)
Приведённые соотношения (6.6 – 6.15) позволяют определять затраты энергии на проведение компрессорного процесса, но не дают открытого ответа на вопрос о распределении израсходованной энергии на изменение отдельных параметров процесса.
Последнее может быть выполнено использованием условия сохранения энергии: энергия, расходуемая в компрессоре, идет на изменение энтальпии и кинетической энергии газа и покрытие потерь в окружающую среду. Это условие можно записать в общем виде как уравнение баланса энергии компрессорного процесса
В теории и расчётах компрессорных процессов принято использовать параметры торможения. Рассмотрим сущность этого понятия.
Если изоэнтропийный газовый поток с температурой Т и скоростью с полностью затормаживается, то его кинетическая энергия превращается в теплоту и температура газа повышается до , называемой температурой торможения. Соотношение баланса энергии
Следовательно, в соответствии с (6.17) удельная энергия изоэнтропийного процесса может быть выражена через температуры торможения:
Давления и температуры в изоэнтропийных процессах связаны соотношением (6.11). Поэтому параметр давления торможения может быть определен из этого уравнения:
где — плотность газа, поступающего в компрессор, кг/м ; Q – объемная подача компрессора, м /с; L – удельная энергия компрессорного процесса, Дж/кг; — объемный коэффициент, учитывающий потери объема газа вследствие протекания через зазоры уплотнений компрессора; — механический КПД компрессора, учитывающий расход энергии на преодоление механического трения и привод вспомогательных механизмов (масляных насосов, вентиляторов и насосов системы охлаждения).
Особенностью объемных компрессоров (поршневых и некоторых типов роторных) является периодичность их рабочего процесса, обусловленная периодичным движением рабочих органов. В рабочем процессе этих компрессоров следует выделить особую часть – политропное расширение газа от конечного до начального давления, предшествующее всасыванию газа в замкнутое рабочее пространство компрессора. Расширение газа обуславливает часть энергии, израсходованной на сжатие и выталкивание обратно на вал компрессора.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
- Свежие записи
- Чем отличается двухтактный мотор от четырехтактного
- Сколько масла заливать в редуктор мотоблока
- Какие моторы бывают у стиральных машин
- Какие валы отсутствуют в двухвальной кпп
- Как снять стопорную шайбу с вала
Видео:Термодинамика: коротко и доступно | Лекции по физике – физик Кирилл Половников | НаучпопСкачать
💥 Видео
Тихий китайский компрессор для нейлера #инструмент #строительство #tools #компрессорСкачать
Поршневой компрессорСкачать
Что такое Компрессор / Компрессия? — Теория ЗвукаСкачать
Звук работы безмасляного компрессораСкачать
11. ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИКИ. ПОЛУЧЕНИЕ ХОЛОДА. ЦИКЛЫ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН. Устройство холодильникаСкачать
А вы используете компрессор? Как выбирали подходящую модель? Делитесь в комментарияхСкачать
Какой компрессор лучше: безмасляный, ременный или коаксиальныйСкачать
Низкотемпературные машины. Лекция 3. Работа компрессоров и детандеров. Политропные процессы.Скачать
8. Основы теплотехники. Круговой процесс. Циклы ДВС. Цикл Карно. Характеристики циклов. Циклы ДВССкачать
Низкотемпературные машины. Лекция 3. Работа компрессоров и детандеров. Изоэнтропный процесс.Скачать
Термодинамика | КПД, Цикл Карно и тепловой двигатель | ТЕХНОСКУЛСкачать
Термодинамика Холодильные машины и установкиСкачать
