Объем всасываемого компрессором пара (в кубических метрах) за единицу времени (час), составляет его объемную производительность. Теоретическая объемная производительность совпадает с объемом, описываемым поршнями компрессора. Действительная объемная производительность. Действительный рабочий процесс компрессора отличается от теоретического главным образом наличием в цилиндре мертвого пространства, гидравлического сопротивления клапанов, подогрева всасываемого пара от стенок цилиндра, неплотности в клапанах и поршневых кольцах, возможности конденсации пара на холодных стенках цилиндра и свойств фреона растворяться в масле при сжатии паров.
Мертвое пространство.
Мертвое пространство поршневого компрессора представляет собой объем, заключенный между клапанами и днищем поршня в момент нахождения его в верхней, мертвой точке. Основной причиной существования мертвого пространства является линейный зазор между днищем поршня и клапанной доской (не менее 0;01 диаметра цилиндра), предназначенной для компенсации удлинения поршня и шатуна при их нагревании, а также возможной неточности, допущенной при изготовлении деталей и сборке компрессора. В мертвое пространство входит также объем углублений и отверстий клапанов и объем кольцевого зазора между стенкой цилиндра и поршнем (до первого кольца).
В быстроходных компрессорах объем мертвого пространства составляет от 3 до 5% объема цилиндра. В современных малых герметичных компрессорах объем мертвого пространства снижен до 2%. Расширение паров, остающихся в мертвом пространстве цилиндра, уменьшает объем всасывания, а следовательно, и производительность компрессора. Чем больше объем мертвого пространства, тем значительнее снижение действительной производительности компрессора. Поэтому мертвое пространство называют иногда «вредным» пространством.
Гидравлическое сопротивление при всасывании и нагнетании.
Вследствие наличия гидравлического сопротивления клапанов и каналов давление в цилиндре во время заполнения нужно поддерживать несколько ниже давления в испарителе, а при нагнетании — выше давления в конденсаторе. С понижением давления всасывания удельный объем поступающего в цилиндр пара увеличивается, а его плотность и масса уменьшается. Возрастание давления нагнетания приводит к увеличению объема пара, остающегося в мертвом пространстве. Таким образом, сопротивление при всасывании и нагнетании приводит к снижению объемной производительности компрессора.
Подогрев пара при всасывании.
Поступающие в цилиндр холодные пары холодильного агента подогреваются нагревшимися в процессе сжатия стенками цилиндра, днищем поршня, поверхностями крышек и клапанов. Вследствие этого удельный объем всасываемого пара увеличивается, а его масса уменьшается, при этом объемная производительность при установившемся режиме температур снижается.
Влияние утечки пара через неплотности на производительность компрессора. При работе действительного компрессора наблюдаются утечки пара из цилиндра из-за недостаточно плотного прилегания клапанных пластин к седлу, в замках поршневых колец и в местах их прилегания к стенкам цилиндра. В процессе всасывания через неплотный нагнетательный клапан часть пара из нагнетательной полости поступает обратно в цилиндр, а при сжатии через всасывающий клапан и поршневые кольца часть пара возвращается из цилиндра во всасывающую полость или картер компрессора.
Утечки пара через неплотности снижают объемную производительность компрессора.
При нормальных условиях работы компрессора потери составляют 3—4% от объема цилиндра. При плохом прилегании клапанов и изношенных поршневых кольцах такие потери значительно возрастают.
В фреоновых компрессорах при сжатии повышается растворимость фреона в смазочном масле, а при всасывании, когда давление паров понижается, происходит выделение (возгонка) паров фреона из масла, находящегося в этот момент в цилиндре компрессора. Вследствие этого уменьшается действительный объем паров, всасываемых компрессором.
Видео:Устройство и принцип работы винтового компрессораСкачать
Основные характеристики компрессора. Производительность компрессора. Мощность компрессора
Видео:Компрессор. Как увеличить рабочий объем воздуха без сварки и пайкиСкачать
Общая информация по компрессорам
Компрессоры, как и другие сложные технические устройства, обладают массой разнообразных характеристик, варьирующихся в больших пределах. Однако можно выделить ряд величин, являющихся основными для устройства. Именно они определяют сферу применения компрессора, и на их основе проводится расчет и подбор компрессорного оборудования под конкретную задачу. Прочие характеристики являются второстепенными и в большинстве случаев сами зависят от величины основных параметров. Второстепенные характеристики также оказывают влияние на конструкцию, работу и общую эффективность компрессора, но в значительно меньшей степени.
Величина основных характеристик определяет условия эксплуатации компрессора, а также те показатели потока сжатого газа, которые могут быть достигнуты с помощью этого компрессора. Удобство заключается в том, что по набору небольшого числа параметров можно определить сферу применения компрессора, либо наоборот очертить круг подходящих для проставленной задачи устройств. Подбор может проводиться как по одной основной характеристике, так и по набору из нескольких, в зависимости от требований, предъявляемых к компрессору.
Наиболее влияние на применимость компрессора оказывают следующие характеристики:
- рабочее давление;
- производительность;
- мощность.
Несомненно, прочие характеристики, такие как: габаритные размеры, вес, температура газа на выходе, шумность и т.д., также могут оказывать существенное влияние на расчет и итоговый выбор компрессора, однако основной выбор подходящего типа устройства строится именно на производительности и рабочем давлении. К примеру, если для определенной задачи требуется подавать воздух под большим давлением, но с относительно небольшим расходом, то такое соотношение требуемых основных характеристик сразу же отсеивает группу компрессоров низкого давления, таких как центробежные или водокольцевые. Попытки достичь требуемого рабочего давления на установках таких типов окажутся или невозможными, или же экономически нецелесообразными. В то же время компрессоры высокого давления по определению оказываются более подходящими под условия. Уточнение типа устройства может происходить уже по различным второстепенным характеристикам и результатам технико-экономического анализа. Поршневые компрессоры обойдутся дешевле в плане капитальных затрат, а винтовые смогут обеспечить большую чистоту воздуха, но все они будут удовлетворять требованиям по основным характеристикам.
Читайте также: Перестал работать компрессор в септике
Обычно покупатель не располагает, а чаще просто не может располагать, полными данными по тому, компрессор с какими параметрами ему необходим. В наличие лишь основные требования, которые должен удовлетворять компрессор: сколько и под каким давлением нужно подавать газ, и насколько ограничена мощность, которую можно будет подвести к устройству. Иными словами рабочее давление, производительность и потребляемая мощность. Несомненно, этот базовый набор требований может быть дополнен и уточнен такими пунктами, как коррозионная и химическая стойкость деталей, шумность, равномерность подачи и т.д. На основании этих данных могут быть подобраны и сконструированы несколько компрессоров, и каждый окажется в состоянии выполнить поставленную задачу. Отличия будут заключаться в деталях, по которым покупатель сможет выбрать оптимальный вариант, а критерием оптимальности в таком случае может быть любая из второстепенных характеристик, к примеру, величина потребляемой электроэнергии (в случае компрессорного агрегата с электродвигателем) или стоимость обслуживания агрегата.
Несмотря на то, что вышеперечисленные характеристики относятся к основным, существует еще ряд параметров, которые зачастую также оказывают соизмеримое влияние на выбор компрессора. Так химический и физический состав газа может оказывать решающее влияние, поскольку от способности компрессора перекачивать такую среду будет зависеть даже не его эффективность, а возможность работы как таковая. Плюс к этому, замена материала деталей на химически стойкий или износостойкий способна поднять стоимость все устройства в несколько раз. В других случаях крайне важными могут оказаться требования, предъявляемые к сжатому газу на выходе из компрессора, к его чистоте, равномерности подачи и температуре, а не только к показателям расхода и давления. К примеру, в пищевой промышленности предъявляются повышенные требования к чистоте сред и веществ, поэтому принципиально недопустимо использовать масляную смазку винтов в винтовом компрессоре, если есть вероятность попадания смазочного материала в поток газа, при этом значения других характеристик не будут иметь никакого влияния на окончательное решение по применимости. Отличие таких существенных, но все же второстепенных характеристик от основных заключается в том, что степень их влияния неодинакова от случая к случаю, в то время как рабочее давление, производительность и мощность важны всегда.
Видео:9. ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИКИ. ТЕРМОДИНАМИКА КОМПРЕССОРОВ. Работа компрессора. Вредный объём.Скачать
Рабочее давление компрессора
Эту характеристику вообще можно назвать основополагающей, так как она отражает основную функцию компрессора – сжимать газ, что приводит к повышению его давления. Развиваемое компрессором давление обычно измеряться в Паскалях (Па), барах (бар) или атмосферах (атм), но также могут быть использованы миллиметры ртутного столба (мм рт. ст.), килограмм-сила на квадратный сантиметр (кгс/см 2 ) или фунт на квадратный дюйм (PSI). Наиболее распространены единицы измерения Па и бар, которые соотносятся следующим образом 1 бар = 0,1 МПа. Также рабочее давление подразделяют на избыточное (Pизб) и абсолютное (Pабс). Их значения отличаются на величину атмосферного давления (Pатм) и связаны соотношением Ризб = Рабс — Ратм.
При выборе компрессора нужно иметь ввиду тот факт, что создаваемое устройством давление постепенно снижается по пути к рабочему инструменту или аппарату. Падение давления может происходить на протяжении всего газопровода и в так называемых местных сопротивлениях: клапанах, изгибах газопровода, задвижках и т.д. Рабочее давление компрессора должно покрывать все потери на пути к потребителю и на выходе соответствовать предъявляемым требованиями.
В отдельных случаях важным условием могут быть условия подачи сжатого газа. Так поршневые компрессоры в силу своей конструкции создают пульсирующий поток сжатого газа, в то время как в винтовых компрессорах сжатие среды происходит равномерно без колебаний во времени. В таких случаях, например, как напыление лаков и красок, равномерность подачи является важным условием корректной работы. Снижение пульсаций давления компрессора может быть достигнуто различными способами. Так поршневые компрессоры могут иметь несколько рабочих камер, циклы работы которых смещены во времени относительно друг друга, за счет чего происходит частичное сглаживание суммарного потока. Однако чаще используется устройство под названием ресивер – сосуд, в котором происходит накопление сжатого газа, поступающего из компрессора, что позволяет почти полностью исключить пульсацию исходящего из него потока газа.
В зависимости от развиваемого давления компрессоры делятся на:
- вакуумные (разрежение более 0,05 МПа);
- низкого давления (от 0,15 до 1,2 МПа);
- среднего давления (от 1,2 до 10 МПа);
- высокого давления (от 10 до 100 МПа);
- сверхвысокого давления (более 100 МПа).
Видео:Все о компрессорахСкачать
Производительность компрессора
Под производительностью компрессора подразумевается количество газа, нагнетаемого в единицу времени. Обычно она измеряется в м 3 /мин, л/мин, м 3 /час и т.д. Величина производительности компрессора может быть указана для стороны всасывания и стороны нагнетания, которые не равны друг другу, поскольку в процессе сжатия газ меняет свой объем. Для случая производительности на входе обычно берутся стандартные условия, то есть при атмосферном давлении и температуре 20°C. Выбор способа указания производительности компрессора может зависеть от удобства восприятия в зависимости от сферы применения устройства. Пересчет расхода газа с условий на входе на выходные условия может быть осуществлен с помощью специальных формул. Также перерасчет производительности может потребоваться в случае, если газ имеет другую температуру.
В зависимости от величины производительности компрессоры принято делить на устройства:
- большой производительности (более 100 м 3 /мин);
- средней производительности (от 10 до 100 м 3 /мин);
- малой производительности (до 10 м3/мин).
Читайте также: Компрессор для покраски автомобиля в минске
Производительность поршневого компрессора
Производительность конкретного компрессора преимущественно зависит от его геометрии и типа. Наиболее прост и нагляден в этом случае будет поршневой компрессор, так как размеры его рабочей камеры напрямую влияют на производительность. Ее можно представить, как объем рабочей камеры, умноженный на количество циклов хода поршня, совершаемых в единицу времени, или, если отталкиваться от геометрических параметров деталей поршневого узла, как площадь поперечного сечения цилиндра (F), помноженная на ход поршня (S) и на частоту вращения вала (n). Однако такое возможно только в идеальном случае. В действительности из-за конструкции клапанов и самого цилиндра и поршня не весь газ вытесняется из рабочей камеры. Небольшая часть его остается, и пространство, занимаемое им, называется вредным пространством. Это делается намерено, чтобы избегать ударов поршня о торцевую стенку камеры, что могло бы повлечь быстрый выход компрессора из строя.
Обозначим объем, описываемый поршнем, как Vп, тогда вредный объем может быть выражен как Vв=V-Vп, где V–объем рабочей камеры. Для учета вредного пространства используется соответствующий коэффициент ε=(V-Vп)/Vп. То есть вредный объем может быть определен также по формуле Vв=ε∙Vп.
Газ, занимающий вредный объем, влияет так же и на всасывание новой порции газа, так как этот процесс не начнется до тех пор, пока остаточный газ не расширится до определенной величины, во время чего поршень успеет пройти некоторое расстояние, а значит и всасывание будет неполным относительно идеального случая. Для учета этого явления вводят такой параметр как объемный КПД, рассчитываемый по формуле λ0=Vд/Vп, где Vд–действительный засасываемый объем газа. Сам коэффициент может быть рассчитан по следующей формуле:
где:
λ0 – объемный КПД;
ε – коэффициент вредного пространства;
p1 – давление на входе, Па;
p2 – давление на выходе, Па;
m – показатель политропы.
Таким образом, производительность поршневого компрессора одинарного действия определяется по формуле:
Если используется поршень двойного действия, то расчет производительности не может быть рассчитан как простое удвоение производительности одной рабочей камеры. Требуется уточнение, так как одна из рабочих камер будет частично занята штоком поршня, из-за чего ее производительность будет меньше чем у камеры без штока. Уточненная формула выглядит следующим образом:
где:
Vп2 – производительность поршневого насоса двойного действия;
f – площадь поперечного сечения штока.
Производительность винтового компрессора
Объемную производительность такого компрессора можно представить, как суммарный объем полостей, ограниченных винтами и корпусом, подаваемых на выход за единицу времени. В идеальном случае, когда отсутствуют какие-либо потери и протечки, теоретическая производительность винтового компрессора (с двумя винтами) может быть рассчитана по следующей формуле:
где:
Qт – теоретическая производительность винтового компрессора, м 3 /с;
l – длина винта, м;
m1 – количество заходов ведущего винта;
n1 – частота вращения ведущего винта, с -1 ;
f1 – площадь впадины ведущего винта, м 2 ;
m2 – количество заходов ведомого винта;
n2 – частота вращения ведомого винта, с -1 ;
f2 – площадь впадины ведомого винта, м 2 .
С учетом того, что обычно выполняется равенство m1∙n1 = m2∙n2 = m∙n, формулу теоретической производительности винтового компрессора можно представить в виде:
Действительный расход оказывается меньше теоретического, что закономерно. Сказывается влияние различных перетечек внутри компрессора и утечек газа во внешнюю среду через уплотнения. Математически это учитывается коэффициентом подачи, поэтому действительная производительность будет равна:
Qд – действительная производительность;
Qп – величина протечек через уплотнения;
ηп – коэффициент подачи.
Производительность центробежного компрессора
Принцип перекачивания среды в центробежном компрессоре идентичен принципу работы центробежного насоса с той разницей, что газ при сжатии претерпевает уменьшение объема, что приводит к увеличению его плотности. Производительность таких компрессоров обычно считают на входе в устройство и при нормальных условиях, что удобно для использования. Начальное значение этого параметра, как и выходное давление, обычно предварительно задается перед расчетом, после чего высчитываются геометрические размеры элементов рабочего колеса. К примеру, формула, связывающая производительность центробежного компрессора и размеры входного сечения колеса выглядит следующим образом:
где:
Q – производительность центробежного компрессора, м³/с;
vв – скорость потока газа на входе в колесо, м/с;
d1 – наружный диаметр ступицы колеса, м;
d2 – минимальный диаметр покрывающего диска, м;
Видео:Дополнительный ресивер для компрессора за 10 минут!Скачать
Мощность компрессора
В общем случае мощность, следуя стандартному определению, – это величина совершаемой за период времени работы к длительности этого периода. В отношении компрессора – это произведение производительности по газу на работу по его сжатию. Такую мощность называют теоретической и рассчитывают по формуле:
где:
Nт – теоретическая мощность, кВт;
Q – производительность, м 3 /мин;
ρ – плотность газа, кг/м 3 ;
A – теоретическая работа сжатия газа, дж/кг.
Однако стоит заметить, что теоретическая мощность не совпадает с мощностью, которую требуется подвести к компрессору для его работы, и с мощностью, которую должен вырабатывать двигатель, подключаемый к компрессору. Связано это с явлением потери мощности, что численно описывается набором коэффициентов полезного действия. Осуществляемый в компрессоре процесс сжатия обладает своим показателем КПД (в зависимости от типа процесса), а также в компрессоре часть подводимой мощности теряется при механической передаче. В связи с этим мощность, которую необходимо подать на входной вал компрессора, называют мощностью на валу или эффективной мощностью, связанную с теоретической мощностью следующей формулой:
где:
Nэ – эффективная мощность, кВт;
ηм – механический КПД компрессора;
ηпр – КПД процесса сжатия газа.
Читайте также: Сколько стоит продать компрессор
Если рассматривать компрессорную установку, оснащенную также двигателем и передачей, то в ней будут наблюдаться дополнительные потери мощности, отражаемые двумя КПД ηд и ηпер, соответственно. Тогда мощность Nд, которую необходимо подвести к двигателю компрессорной установки для ее работы, будет равна:
где:
Nд – мощность двигателя компрессорной установки, кВт;
ηд – КПД двигателя;
ηпер – КПД механической передачи.
Учет КПД всех элементов компрессорной установки крайне важен. Один и тот же двигатель может оказаться неподходящим для одной и той же задачи по сжатию газа, если она будет осуществляться компрессорами разного типа, поскольку их КПД могут сильно отличаться. Мощности, идущей непосредственно на сжатие газа, может попросту не хватить вследствие больших потерь. К примеру, в среднем КПД винтовых компрессоров составляет 95%, в то время как у поршневых компрессоров эта величина оказывается ближе к 80%, то есть разница в эффективности использования подводимой мощности может составлять 10-15% в пользу винтового устройства.
Мощность поршневого компрессора
Расчет мощности для поршневых компрессоров, осуществляющих сжатие до давления не более чем 10 МПа, с высокой точностью может проводиться по формулам, в которых газ рассматривается как идеальный. Однако в компрессорах с большим максимальным давлением сжатия (более 10 МПа) в расчетах начинает оказывать влияние тот факт, что перекачиваемый газ является не идеальным. Ключевое отличие идеального газа от не идеального (реального) заключается в принятии допущения, что молекулы газа не взаимодействуют между собой, в то время как в реальном газе такое взаимодействие имеет место и при больших давлениях может оказывать существенное влияние на поведение газа. Формула теоретической мощности, учитывающая эти факторы, выглядит следующим образом:
где:
Nт – теоретическая мощность, кВт;
Q – производительность компрессора, м 3 /с;
ρ – плотность газа, кг/м 3 ;
i1 – энтальпия газа перед сжатием, Дж/кг;
i2 – энтальпия газа после сжатия, Дж/кг.
Приведенная формула относится к случаю одноступенчатого компрессора. Если сжатие происходит в несколько ступеней, то разница энтальпий (i2-i1) в формуле должна быть заменена на сумму разниц энтальпий на каждой ступени. Если совершаемая работа по сжатию одинакова для каждой ступени, то уравнение принимает вид:
где:
n – число ступеней;
i1, i2 – начальная и конечная энтальпии первой ступени, Дж/кг.
На примере рисунка мощность первой ступени N1=(Q∙ρ∙n∙(i2-i1))/1000, мощность второй ступени N2=(Q∙ρ∙n∙(i3-i2))/1000, и мощность третьей ступени N3=(Q∙ρ∙n∙(i4-i3))/1000. При допущении, что изменение энтальпии на каждой ступени одинаково, то есть (i2-i1)=(i3-i2)=(i4-i3). При общем количестве ступеней (n=3) получим:
Мощность винтового компрессора
При прохождении газом винтового компрессора происходят постоянные потери мощности, которые осуществляются разными путями. Поскольку изготавливаемые винты не идеальны по форме и размерам, постоянно происходят обратные перетечки газа из полости в полость в направлении из области нагнетания в область всасывания, что обуславливает часть потерь. Также энергия газа расходуется на трение о винты и корпус, при ударах и т.д. В силу этих причин мощность, расходуемая на сжатие газа в устройстве оказывается больше, чем теоретическая, потребовавшаяся на сжатие того же газа в идеальных условиях. Такая мощность называется индикаторной и может быть определена по формуле:
где:
Nи – мощность винтового компрессора (индикаторная), кВт;
k – поправочный коэффициент (от 1,05 до 1,18 в зависимости от размера устройства);
Q – производительность при входных условиях, м 3 /с;
pв – давление на всасывании, Па;
pн – давление на нагнетании, Па;
ε – степень сжатия (геометрическая);
m – показатель политропы.
В остальном же расчет полной мощности всего компрессорного агрегата, состоящего из непосредственно компрессора, двигателя и передачи, соответствует другим типам компрессоров. Мощность самого компрессора увеличивается относительно индикаторной на величину механических потерь, происходящих в процессе его работы. Часть мощности теряется на передаче, и часть в самом двигателе. Учет этих потерь осуществляется введением соответствующих коэффициентов полезного действия.
Мощность центробежного компрессора
Поток газа, проходя через центробежный компрессор, теряет часть совей энергии за счет гидравлических потерь. Величина этих потерь описывается гидравлическим коэффициентом полезного действия (ηг), который связывает теоретическую мощность (Nт), которая потребовалась бы на сжатие газа в идеальных условиях, и индикаторную мощности (Nи):
Также, вследствие неизбежных утечек газа из рабочего пространства реальный расход газа в итоге отличается от теоретического, что также приводит к дополнительным потерям мощности, характеризуемым объемным КПД (ηо). Полезная мощность (Nп), которую необходимо сообщить рабочему колесу для сжатия газа будет равна:
Полезную мощность можно также рассчитать исходя из замеров реальных параметров компрессора по формуле:
где:
Nп – полезная мощность, Вт;
Vд – действительный расход, м 3 /с;
Hд – действительный напор, м;
p – средняя величина давления до и после сжатия, обычно принимаемая как среднее арифметическое, Па.
Общая мощность компрессора, которую необходимо сообщить валу, называется мощностью на валу и может быть рассчитана из индикаторной мощности с учетом механических потерь в компрессоре:
где:
Nв – мощность на валу компрессора, Вт;
ηм – механический КПД.
С учетом всех потерь полный КПД (ηп) центробежного компрессора будет выражен следующим уравнением:
- 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
Увеличение производительности воздушного компрессора своими руками .Скачать
Воздушный ресивер для компрессоров. Кратко о том, что такое воздухосборник и для чего он нужен.Скачать
Работа винтового компрессора, его принцип действия и устройство.Скачать
Как выбрать компрессор для гаража или строительства?Скачать
Как настроить КОМПРЕССОР правильноСкачать
Какой компрессор лучше? Что нужно знать о компрессоре для гаража? Какой компрессор для покраски автоСкачать
Как настроить регулятор давления воздуха на гаражном компрессоре QUATTRO ELEMENTI KM 50-380Скачать
Регламентные работы при заклинивании компрессора кондиционераСкачать
Какой компрессор лучше: безмасляный, ременный или коаксиальныйСкачать
ВОЗДУШНЫЙ КОМПРЕССОР ДЛЯ ДОМА И ГАРАЖА - ОПТИМАЛЬНЫЙ РАЗМЕР И ОБЪЕМ.Скачать
Теперь Компрессор качает лучше чем новый.Скачать
Ресивер для компрессора на 100 литров из пропановых баллоновСкачать
Подготовка, настройка и запуск компрессора. Как не допустить ошибокСкачать
Сколько заливать масла в воздушный компрессор?Скачать
Лайфхак/Как избежать замены Компрессора Кондиционера!Скачать
