Компрессором называют машину, предназначенную для сжатия и перемещения различных газов. Компрессоры получили в современной технике широкое применение. Их используют в химической промышленности, машиностроительной, металлургической, горнорудной и других, на железных дорогах, в авиации, в газотурбинных установках, в пищевой промышленности для холодильников и т. п.
Все компрессоры, в зависимости от конструктивного оформления и принципа работы, могут быть разделены на две группы: поршневые и турбинные (центробежные). Несмотря на различие принципов сжатия газа в компрессорах и их конструктивные отличия, термодинамика процессов сжатия в них одинакова для любых типов машин. Процессы в компрессорах описываются одними и теми же уравнениями. Поэтому для исследования и анализа процессов, протекающих в любой машине для сжатия газа, рассмотрим работу наиболее простого одноступенчатого поршневого компрессора, в котором все явления хорошо изучены и являются наглядными.
Компрессор (рис. 16-1) состоит из цилиндра 1 с пустотелыми стенками, в которых циркулирует охлаждающая вода, и поршня 2, связанного кривошипно-шатунным механизмом с электродвигателем или другим источником механической работы. В крышке цилиндра в специальных коробках помещаются два клапана: всасывающий 3 и нагнетательный 4, которые открываются автоматически под действием изменения давления в цилиндре.
Рабочий процесс компрессора совершается за один оборот вала или два хода поршня. При ходе поршня вправо открывается всасывающий клапан и в цилиндр поступает рабочее тело — газ. При обратном движении поршня всасывающий клапан закрывается, происходят сжатие газа до заданного давления и нагнетание его в резервуар, из которого сжатый газ направляется к потребителям. После этого наступает повторение указанных процессов. Величина давления нагнетания определяется пружиной, установленной на нагнетательном клапане.
Основной целью термодинамического расчета компрессора является определение затрачиваемой работы на получение 1 кг сжатого газа и, как следствие, определение мощности приводного двигателя.
Рассмотрим работу теоретического одноступенчатого компрессора при следующих допущениях. Геометрический объем цилиндра компрессора равен рабочему объему (отсутствует вредное пространство). Отсутствуют потери работы на трение поршня о стенки цилиндра и дросселирование в клапанах. Всасывание газа в цилиндр и его нагнетание в резервуар осуществляются при постоянном давлении.
Теоретическая индикаторная диаграмма процесса получения сжатого газа в компрессоре представлена на рис. 16-2.
При движении поршня слева направо открывается всасывающий
клапан 3 и происходит наполнение цилиндра газом при постоянном давлении р1. Этот процесс изображается на диаграмме линией 0-1 и называется линией всасывания. При обратном движении поршня справа налево всасывающий клапан 3 закрывается, происходит сжатие газа. По достижении заданного давления весь сжатый газ выталкивается из цилиндра при постоянном давлении через открывшийся нагнетательный клапан 4 в резервуар для хранения или на производство. Кривая 1-2 называется процессом сжатия. Линия 2-3 называется линией нагнетания. Следует отметить, что линии всасывания 0-1 и нагнетания 2-3 не изображают термодинамические процессы, так как состояние рабочего тела в них остается неизменным, а меняется только его количество. При начале следующего хода поршня слева направо нагнетательный клапан закрывается, давление в цилиндре р2 теоретически мгновенно падает до р1, открывается всасывающий клапан и далее повторяется весь рабочий процесс сжатия газа.
Затраченная работа l на получение 1 кг сжатого газа (без учета трения) при условии, что все процессы обратимы и приращение кинетической энергии газа отсутствует, может быть представлена
где p1v1 —работа, производимая внешней средой при заполнении
цилиндра газом; p2v2—-работа, затраченная па выталкивание газа;
Читайте также: Центровка муфты компрессора кт6
— работа сжатия газа. Так как
Видео:Центробежный компрессорСкачать
. (16-1)
При наличии трения работа, затрачиваемая на привод компрессора (действительная работа), будет больше теоретической работы на величину работы против сил трения qтp и составит
(16-2)
В этом случае площадь между линией сжатия и осью ординат представляет лишь часть затрачиваемой работы.
Если в процессе сжатия осуществляется отвод тепла qД от сжимаемого газа, то, согласно первому закону термодинамики,
(16-3)
Процесс сжатия газа в компрессоре, в зависимости от условий теплообмена между рабочим телом и стенками цилиндра, может осуществляться по изотерме 1-2, адиабате 1-2′ и политропе 1-2″. Сжатие по каждому из трех процессов дает различную величину площади затраченной работы.
Сжатие по изотерме 1-2 дает наименьшую площадь пл. 01230 и наименьшую затрату работы. Вся энергия, подводимая в форме работы, отводится от газа в форме теплоты. Сжатие по адиабате 1-2′ дает наибольшую площадь пл. 012’30 и наибольшую затрату работы. При этом вся энергия, подводимая в форме работы, идет на изменение энтальпии газа. При политропном сжатии величина работы принимает промежуточное значение.
Чтобы уменьшить работу сжатия, необходимо процесс сжатия приблизить к изотермическому процессу, для этого требуется отводить тепло от сжимаемого газа в цилиндре компрессора. Последнее достигается путем охлаждения наружной поверхности цилиндра
водой, которая протекает через рубашку компрессора, образуемую полыми стенками цилиндра. Охлаждение дает возможность сжимать газ до более высоких давлений, а получаемый при этом интенсивный теплообмен между рабочим телом и стенками цилиндра позволяет осуществлять сжатие газа по политропе со средним показателем, равным n = 1,18—1,2. У компрессоров малой производительности при небольших давлениях сжатого газа стенки цилиндра делают ребристыми. Ребра обдуваются воздухом, что способствует охлаждению стенок цилиндра.
Определение работы на привод компрессора. При изотермическом процессе работа, расходуемая на сжатие газа, графически изображается пл. 01230 (см. рис. 16-2). Полная работа для получения 1 кг сжатого газа равна
l = пл. 4325 + пл. 5216 — пл. 4016.
Пл. 4325=p2v2 графически изображает работу нагнетания; пл. 4016 = p1v1 — работу всасывания, а пл.
работу сжатия.
При изотермическом процессе сжатия (пл. 5216) работа определяется из уравнения (7-13); пл.
Видео:Поршневой компрессорСкачать
Учитывая, что при t = const
находим
(16-4)
Работа для привода компрессора равна работе изотермического сжатия.
Количество отводимого тепла
При обратимом адиабатном сжатии работа в процессе определяется по уравнению (7-16):
Работа на привод компрессора составит
Работа на привод компрессора в k раз больше работы адиабатного сжатия. Выражение (16-5) может быть представлено и в другом виде. Работа сжатия в адиабатном процессе равна
тогда работа на привод компрессора будет
(16-6)
При адиабатном сжатии работа на привод компрессора по абсолютной величине равна разности энтальпий конца и начала процесса сжатия. Эта формула справедлива как для реального, так и для идеального газа.
Для компрессора с политропным процессом сжатия работа изображается пл. 5″2″16, поэтому
Видео:Поршневой компрессорСкачать
Работа, затрачиваемая на получение 1 кг сжатого газа, равна
(16-8)
Теоретическое количество отводимой теплоты находим по уравнению (7-21):
(16-9) 
Действительная индикаторная диаграмма одноступенчатого компрессора (см. рис. 16-3) отличается от теоретической (см. рис. 16-2) прежде всего наличием потерь на дросселирование в впускном и нагнетательном клапанах. Вследствие этого всасывание происходит при давлении газа в цилиндре, меньшем давления среды, из которой происходит всасывание, а нагнетание происходит при давлении, большем, чем давление в нагнетательном трубопроводе. Эти потери возрастают с увеличением числа оборотов компрессора.
Читайте также: Можно ли поднять давление в компрессоре
Кроме того, в реальном компрессоре между крышкой цилиндра и поршнем в его крайнем положении при выталкивании сжатого газа остается некоторый свободный объем, называемый вредным пространством. Объем вредного пространства обычно составляет 4—10% от рабочего объема цилиндра компрессора Vh, (рис. 16-3). По окончании нагнетания сжатого газа (линия 2-3) некоторое его количество остается во вредном пространстве цилиндра и занимает объем Vвр. При обратном ходе поршня оставшийся газ во вредном пространстве расширяется, и всасывание новой порции газа начнется только тогда, когда давление газа в цилиндре упадет до давления всасывания или до давления той среды, откуда газ поступает. Процесс расширения остаточного сжатого газа во вредном пространстве цилиндра изображается линией 3-0. При этом всасывание газа в компрессор начнется только в точке 0, и в цилиндр поступит, свежий газ, объем которого Vh, — V0 = V. Вредное пространство уменьшает количество засасываемого газа и тем самым уменьшает производительность компрессора. Отношение объемов V и Vh, называют объемным коэффициентом полезного действия:
Объемный к.п.д. уменьшается с увеличением вредного пространства и при определенном Vвр может стать равным нулю. При неизменном Vвр с повышением давления сжатия объемный к. п. д. и производительность компрессора также будут уменьшаться и в пределе, когда линия сжатия будет пе ресекать линию вредного пространства, объемный к.п.д. обращается в нуль. Данное явление наглядно показано на рис. 16-4.
В первом случае, когда процесс сжатия 1-2 заканчивается при давлении р2, нагнетание осуществляется по линии 2-3. Давление в цилиндре падает по линии 3-0, и всасывание начинается в точке 0. Во втором случае с увеличением давления р2 сжатие заканчивается в точке 2′ и нагнетание производится по линии 2′-3′. В этом случае количество нагнетаемого газа стало значительно меньше, чем в первом случае. В третьем случае с дальнейшим увеличением давления р2 сжатие заканчивается в точке 4, т. е. в месте пересечения линии сжатия с линией объема вредного пространства; в этом случае линия нагнетания превращается в точку, и засасывания свежей порции газа в цилиндр не производится.
Поршень работающего компрессора периодически сжимает одно и тоже количество газа без нагнетания. В этом случае объемный к. п. д. и производительность компрессора становятся равными нулю. Массовое количество поступающего газа в цилиндр компрессора уменьшается еще больше вследствие уменьшения удельного объема газа из-за нагревания его горячими поверхностями цилиндра и нагретым газом, оставшимся во вредном пространстве. Уменьшение массового количества газа, засасываемого в цилиндр, из-за
повышения температуры газа определяется отношением
где T1 — температура газа, нагретого в цилиндре в процессе всасывания; t’1 —температура всасываемого газа.
Общее уменьшение производительности компрессора из-за вредного пространства и нагревания газа характеризуется коэффициентом наполнения:
(16-10)
Видео:Схема электропривода компрессора.Скачать
Общая теоретическая работа на привод компрессора с вредным пространством изображается пл. 12301 на рис. 16-4.
Уменьшение производительности компрессора с увеличением давления сжатого газа не позволяет получать газы высокого давления в одном цилиндре. Кроме того, при высоких давлениях сжатия температура газа может превысить температуру самовоспламенения смазочного масла в цилиндре, что недопустимо. Обычно одноступенчатый компрессор применяют для сжатия газа до давлений 6—10 бар.
Центробежные нагнетатели (турбо- и осевые компрессоры) отличаются от поршневых непрерывностью действия и значительными скоростями перемещения рабочего тела. Центробежный компрессор состоит из следующих основных частей (рис. 16-5): входного патрубка 1, рабочего колеса 2, диффузора 3 и выходных патрубков 4. Газ поступает через входной патрубок в каналы, образованные лопатками рабочего колеса. При вращении колеса газ под действием центробежных сил выбрасывается в диффузор, где сжимается до необходимой величины, т. е. сжатие осуществляется вследствие торможения потока газа.
Читайте также: Через сколько нужно менять масло в компрессоре
На создание потока газа через нагнетатель расходуется работа qд и отводится теплота qA (qTp — теплота трения в дд не входит). Если состояние потока на входе характеризуется параметрами рь ti, vi и w1, а на выходе — параметрами р2, t2, v2 и wz, то основное уравнение для потока примет вид
Если разность между кинетической энергией потока на входе и на выходе из компрессора незначительна и ею можно пренебречь, то
Это выражение совпадает с уравнением для поршневых компрессоров.
Уравнение первого закона термодинамики для потока газа имеет вид
Подставив значение qд в выражение для lд, получим уравнение работы, затрачиваемой на привод центробежного компрессора:
что полностью совпадает с уравнением для поршневых компрессоров.
Процессы сжатия в реальном компрессоре. Процесс сжатия газа в реальном компрессоре характеризуется наличием внутренних потерь на трение и теплообменом с окружающей средой. При расчете реальных компрессоров принимают,
что действительная работа на привод охлаждаемого компрессора равна работе при изотермическом сжатии, а неохлаждаемого — работе при адиабатном сжатии. Эффективность работы реального компрессора определяется изотермическим и адиабатным к. п. д. Эти к. п. д. представляют собой отношение теоретической работы к действительной затрачиваемой на привод компрессора, в этих процессах
Изобразимв Ts-диаграмме обратимую
1-2 и (условно) необратимую 1-3 (действительный процесс) адиабаты (рис. 16-6). Согласно уравнению (16-3), действительная работа lд на привод адиабатного компрессора равна
Видео:Работа винтового компрессора, его принцип действия и устройство.Скачать
а теоретическая работа lт при обратимом адиабатном сжатии будет
Отсюда адиабатный к. и. д. компрессора равен
(16-11)
Необратимая адиабата может рассматриваться условно, с определенным приближением, как некоторая политропа с показателем n>k, численное значение которого зависит от величины силы трения.
откуда
(16-12)
Средняя величина показателя политропы (п) определяется по параметрам газа в начале и в конце сжатия.
Действительная работа на привод неохлаждаемого компрессора составит
(16-13)
Действительная работа на привод неохлаждаемого компрессора может быть определена, если будет известен условный показатель политропы п действительного процесса сжатия. На Ts-диаграмме (см. рис. 16-6) lд изображается пл. 3456, а теоретическая работа lт — пл. 2457 (справедливо только для идеального газа).
Для охлаждаемого компрессора знания величины показателя политропы п недостаточно, так как один и тот же показатель политропы при наличии отвода тепла может соответствовать различным значениям работы трения qтр.
Эффективная мощность, затрачиваемая на привод компрессора, определяется по формуле
Видео:Устройство и принцип работы винтового компрессораСкачать
где т — секундная производительность компрессора т == VHρн кг/сек (где Vн —объемная производительность при нормальных условиях м 3 /с; ρн — плотность газа при нормальных условиях); lн — работа на привод компрессора при политропном сжатии газа дж/кг; μн — к. п. д. компрессора при политропном сжатии газа; μмех— механический к. п. д., учитывающий потери на трение; μнап — к. п. д. наполнения.
Дата добавления: 2016-06-29 ; просмотров: 10240 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
- 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
9. ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИКИ. ТЕРМОДИНАМИКА КОМПРЕССОРОВ. Работа компрессора. Вредный объём.Скачать
Поршневой воздушный компрессорСкачать
Компрессор ВВ 0,8\8-720. Назначение, устройство.Скачать
Все о компрессорахСкачать
Двухступенчатый поршневой Компрессор. Устройство, взгляд изнутри.Скачать
Структура поршневого холодильного компрессора BitzerСкачать
Поршневые компрессоры BitzerСкачать
Как выбрать поршневой компрессор. Виды и технические характеристикиСкачать
Пуск и эксплуатация компрессоровСкачать
Как работает центробежный газовый компрессорСкачать
Обучающий семинар «Особенности и преимущества поршневых компрессоров FIAC»Скачать
Принцип работы винтового компрессораСкачать
Принцип работы спиральных компрессоровСкачать
Отличия компрессоров: поршневой и винтовойСкачать
