Объемные компрессоры – это машины, в которых процесс сжатия происходит в рабочих камерах, изменяющих свой объем периодически, попеременно сообщающихся с входом и выходом компрессора. По геометрической форме рабочих органов и способу изменения объема рабочих камер их можно разделить на поршневые, мембранные и роторные (винтовые, ротационно-пластинчатые, жидкостно-кольцевые и др.).
Лопастные компрессоры (турбокомпрессоры) – машины динамического действия, в которых сжатие газа происходит в результате взаимодействия потока с вращающейся и неподвижной решетками лопастей. Характерной особенностью лопастных машин является отсутствие пульсации развиваемого ими давления. К лопастным относятся осерадиальные, осевые и вихревые машины.
В этих различных по конструкции машинах осуществляются идентичные по сути процессы, поэтому знакомство с принципом их работы и особенностями протекающих в них процессов удобно начинать с поршневых компрессоров.
Одноступенчатый компрессор представляет собой цилиндр 3 с поршнем 4, перемещаемым с помощью кривошипно-шатунного механизма 5. В крышке цилиндра установлены автоматические впускной 1 и выпускной 2 клапаны. При движении поршня от верхней мертвой точки вниз в цилиндре возникает разрежение, открывается впускной клапан и происходит всасывание очередной порции газа с давлением р1 в цилиндр. Как только направление движения поршня меняется на противоположное, впускной клапан закрывается и начинается сжатие газа. Когда давление газа в цилиндре достигнет определенной величины р2, открывается выпускной клапан и сжатый газ выталкивается потребителю.
Идеальным называют компрессор, способный (в отличие от реального случая) вытолкнуть весь сжатый в цилиндре газ. Рассмотрим индикаторную диаграмму идеального компрессора:
Здесь линия 1–2 изображает процесс сжатия газа в цилиндре, линия 2–3 – выталкивание сжатого газа, а линия 4–1 – всасывание газа в цилиндр. Отметим, что во время всасывания и выталкивания состояния газа не меняются (параметры р и Т газа остаются неизменными), меняется лишь масса газа в цилиндре, т.е. происходит перемещение газа без изменения его внутренней энергии. Работа на компрессирование 1 кг газа lК определяется заштрихованной площадью индикаторной диаграммы. Количество работы зависит от характера процесса сжатия.
Величину lК определим как сумму соответствующих работ:
где составляющие рассчитывают по известным формулам:
Тогда в результате суммирования получим
Как видим, работа на привод компрессора в n раз больше работы сжатия.
Обычно полученную формулу трансформируют к виду
из чего ясно, что при n > 1,0 и p2 / p1 > 1,0 lК всегда отрицательна. Абсолютное значение этой работы называют работой на привод компрессора lПР, причем lПР = –lК.
Одной из основных характеристик компрессора является степень повышения давления в нем: b = p2 / p1. Обычно 2 £ b £ 6. При b 6 возникают проблемы с обеспечением прочности деталей компрессора, кроме того, повышенные температуры в конце сжатия приводят к закоксовыванию смазки и ускоренному износу.
Если массовая производительность компрессора М, кг/с, то теоретическая мощность на привод компрессора
Для получения высокого давления применяют многоступенчатое сжатие, направляя сжатый в первой ступени газ во второй цилиндр (вторую ступень), третью ступень и т.д. Обычно газ, сжатый в очередной ступени, направляется сначала в промежуточный холодильник, где его охлаждают до первоначальной температуры, и только после этого он засасывается в цилиндр следующей ступени:
Схема многоступенчатого компрессора
Гидравлическое сопротивление холодильника делается по возможности минимальным, поэтому процесс охлаждения газа в нем можно считать изобарным. Индикаторная диаграмма многоступенчатого идеального компрессора выглядит следующим образом:
Отметим, что благодаря промежуточному охлаждению температура в точках начала процессов сжатия в каждой ступени одинакова (точки 1, 3, 5). Обычно одинаковыми принимаются и величины β в каждой ступени, поскольку это и есть оптимальное соотношение. При этом число ступеней Z рассчитывают, используя формулу
и задавая последовательно значения Z = 2, 3, 4 . до тех пор, пока значение β впервые станет меньше 6,0 для поршневых машин и 1,2. 1,4 – для турбокомпрессоров.
Читайте также: Нужно ли заземлять компрессор дизельный
Диаграмма T–s процессов сжатия и охлаждения в многоступенчатом компрессоре имеет следующий вид:
Для оценки степени совершенства компрессоров используют изотермический к.п.д.
где lИЗ – работа на привод компрессора при изотермическом сжатии в цилиндре; lПР – то же, при политропном сжатии.
Расчет количества теплоты, отведенной в цилиндре и холодильнике, проводят по известным формулам:
а работу на привод многоступенчатого компрессора находят умножением работы на привод одной ступени lПР1 на число ступеней Z:
Цикл реального компрессора обладает рядом особенностей. Полностью вытолкнуть весь газ после сжатия его в цилиндре в действительности не удается, поскольку всегда имеется вредный, или мертвый, объем (например, в клапанной коробке), в котором остается некоторая часть сжатого газа. При ходе поршня к нижней мертвой точке закрывается выпускной клапан и происходит сначала расширение остаточного газа до давления р, несколько меньшего р1, и только потом начинается всасывание очередной порции газа.
Видео:Зависимость давления газа от его температурыСкачать
Комментарий к слайду: В осевом компрессоре поток рабочего тела, как правило, воздуха, движется условно вдоль оси вращения ротора компрессора.
Такой компрессор состоит из чередующихся подвижных лопаточных решеток ротора, состоящих из лопаток, закрепленных на валу и именуемых рабочими колесами, и неподвижных лопаточных решеток статора, именуемых направляющими аппаратами. Совокупность, состоящая из одного рабочего колеса и одного направляющего аппарата, именуется ступенью.
Рассмотрим индикаторную диаграмму реального компрессора:
Здесь 1–2 – сжатие газа в цилиндре, 3–2 – выталкивание, 3–4 – обратное расширение и 4–1 – всасывание. В отличие от идеальной машины здесь за цикл всасывается гораздо меньший объем газа. При этом в начале всасывания в цилиндре находится остаточный газ, температура Т4 которого определяется величиной показателя политропы обратного расширения n2, которая, как правило, всегда меньше величины показателя политропы сжатия n1:
Температура в начале сжатия определится теперь как температура после смешивания массы остаточного газа mОСТ с температурой Т4 и массы засасываемого газа mВС с температурой TВС.
Основными характеристиками цикла являются:
— степень повышения давления b = p2 / p1;
— относительная величина мертвого пространства α = VBР / Vh;
— изменение температуры в процессе выталкивания DT2-3;
Расчет цикла ведут методом последовательных приближений, при этом последовательно используют следующие формулы, позволяющие рассчитать параметры всех характерных точек:
где Т1 в первом приближении принимают равной ТВС.
Теперь можно рассчитать температуру t1 во втором приближении, считая, что средние теплоемкости газа одинаковы:
Далее повторяют все предыдущие расчеты и прекращают итерации, когда последующее значение t1 станет практически совпадать с предыдущим. Процесс итераций быстро сходится, и после двух-трех приближений переходят к расчету характеристик каждого из процессов (работы l1-2, l2-3, l3-4, l4-1 и количества теплоты q1-2, q2-3, q3-4, q4-1) и цикла в целом: lПР, hИЗ, hОБ и т.п.
Температура газа после сжатия
Аналитические формулы
· Для изотермического процесса: ;
· Для адиабатического процесса: ;
· Для политропного процесса: ;
где — удельная работа сжатия;
— показатель адиабаты (для воздуха );
Температура газа после сжатия
· Для изотермического процесса: ;
· Для адиабатического процесса: ;
· Для политропного процесса: ;
Теоретическая мощность, затрачиваемая компрессором :
— удельная работа сжатия;
Наименьшая работа затрачивается при изотермическом сжатии (например, при водяном охлаждении сжимаемого газа).
Для оценки эффективности применяют относительный К.П.Д., основанный на сравнении данной машины с наиболее экономичной машиной того же класса.
Для машин с водяным охлаждением изотермический К.П.Д.:
Для машин без охлаждения адиабатический К.П.Д.:
Сжатие газа по адиабате наиболее экономично из класса компрессоров, работающих без охлаждения.
Мощность на валу двигателя:
Видео:Почему газ нагревается при сжатии?Скачать
Номинальная мощность двигателя:
Поршневые компрессоры
Поршневые компрессоры делятся:
a) Одноступенчатые и многоступенчатые;
Читайте также: Шланг для накачки шин для компрессора
b) Простого и двойного действия;
c) Вертикальные и горизонтальные.
Одноступенчатые компрессоры
В них газ сжимается до конечного давления в одном цилиндре, или нескольких цилиндрах, но работающих параллельно (одна ступень сжатия).
1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – всасывающий клапан; 4 – нагнетательный клапан;
5 – шатун; 6 – кривошип; 7 – маховик; 8 – ползун (крейцкопф).
Схемы одноступенчатых поршневых компрессоров:
а) Одноцилиндровый простого действия (бескрейцкопфный);
б) Одноцилиндровый двойного действия (эти компрессоры более сложны, но имеют практически вдвое большую производительность);
в) Двухцилиндровый простого действия (привод осуществляется от одного коленчатого вала с кривошипами, сдвинутыми на ; на линии устанавливается ресивер; стенки цилиндров часто имеют водяную рубашку).
Многоступенчатое сжатие
Применяется для получения высоких давлений путём последовательного прохождения ступеней сжатия с обязательным промежуточным охлаждением газа. Объёмы цилиндров последовательно уменьшаются.
а) Однорядный двойного действия со ступенями сжатия в отдельных цилиндрах. Поршни движутся в одном направлении – поэтому возникают большие инерционные силы.
1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – всасывающий клапан; 4 – нагнетательный клапан; 5 – шатун;
6 – ползун (крейцкопф); 7 – кривошип; 8 – маховик; 9 – промежуточный холодильник.
б) Оппозитный двухрядный. С противоположным движением поршней. Это позволяет уравновесить силы инерции. Достигается большая скорость вращения коленчатого вала и, следовательно, становится выше производительность.
1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – всасывающий клапан; 4 – нагнетательный клапан; 5 – шатун;
6 – ползун (крецкопф); 7 – кривошип; 8 – маховик; 9 – промежуточный холодильник
в) Двухступенчатый простого действия с V-образным расположением цилиндров. Имеет ряд достоинств: уменьшение занимаемых производственных площадей; непосредственное соединение с электродвигателем. У нас в лаборатории 0-14.
1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – всасывающий клапан; 4 – нагнетательный клапан; 5 – шатун;
6 – ползун (крецкопф); 7 – кривошип; 8 – маховик; 9 – промежуточный холодильник
г) Двухступенчатый с дифференциальным поршнем (поршнем переменного сечения). Имеет возможность в одном цилиндре производить две или более ступеней сжатия.
1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – всасывающий клапан; 4 – нагнетательный клапан; 5 – шатун;
Видео:Насколько поднимется температура при сжатии газа?Скачать
7 – кривошип; 8 – маховик; 9 – промежуточный холодильник
При числе ступеней сжатия n и степени сжатия в одной ступени получаем:
С учётом потерь давления между ступенями
Обычно степень сжатия в одной ступени , чтобы температура газа в конце сжатия не превышала 150-160 0 C. Производительность многоступенчатого компрессора определяется производительностью первой ступени.
Энтропийная диаграмма (T-S) для многоступенчатого компрессора
1) Газ охлаждается до начальной температуры;
2) Потери давления в холодильнике равны нулю;
3) Мёртвые пространства не учитываются.
Линия BK соответствует изотермическому сжатию от давления P1 до Pк; (в одноступенчатом компрессоре).
Линия AL соответствует политропическому сжатию в одноступенчатом компрессоре.
Процесс многоступенчатого сжатия с промежуточным охлаждением более близок к изотермическому.
Если степени сжатия постоянны по ступеням и Tвых=T1, то теоретическая работа многоступенчатой машины
Предельная температура в конце сжатия:
Теоретический объёмный КПД машины:
Центробежные машины
а) Вентиляторы
Они условно делятся на вентиляторы:
· Низкого давления P 3 /с), ;
б) Турбогазодувки
1 – корпус; 2 – рабочее колесо; 3 – направляющий аппарат;
4 – всасывающий патрубок; 5 – нагнетательный патрубок
Рабочее колесо с лопатками, подобное центробежному насосу. Колесо помещают внутри неподвижного направляющего аппарата, в котором происходит преобразование кинетической энергии вращения газа в потенциальную энергию давления газа.
Направляющий аппарат представляет собой два кольцевых диска, соеденённых между собой лопатками с наклоном, противоположным наклону лопаток рабочего колеса.
в) Многоступенчатые турбогазодувки
Схема многоступенчатой турбогазодувки:
1 – корпус; 2 – рабочее колесо; 3 – направляющий аппарат; 4 – обратный канал
Они имеют несколько колёс, закрепленных на одном валу (в количестве 3-4).
После каждого колеса газ поступает в направляющий аппарат и обратный канал, снабжённый неподвижными направляющими рёбрами.
Ширина колеса с увеличением степени сжатия (и уменьшением объёма газа) уменьшается – при постоянном диаметре. Поэтому становится возможным сжатие газов в каждой последующей ступени без изменения скорости вращения и изменения формы лопаток.
Читайте также: Компрессор аквариумный сколько часов работать
Видео:9. ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИКИ. ТЕРМОДИНАМИКА КОМПРЕССОРОВ. Работа компрессора. Вредный объём.Скачать
Газ в многоступенчатых турбогазодувках не охлаждают. Степень сжатия 3-3,5.
в) Турбокомпрессоры.
г) Устройство их аналогично турбогазодувкам. Число рабочих колёс больше и выше скорость вращения (240-270 м/с). Давление нагнетания до 250-300 атм. Изменяется не только ширина, но и диаметр рабочих колёс. Также имеется направляющий аппарат и обратный канал. Между группами колёс часто устанавливают промежуточные холодильники.
Вакуум-насосы
Особенность работы вакуум-насосов – высокая степень сжатия:
По этой причине резко снижается производительность и объёмный коэффициент сжатия. Для более полного использования рабочего объёма стремятся свести к минимуму «мёртвый» объём.
а) Поршневые «сухие» (газ) и мокрые (газ с жидкостью);
б) Ротационные – пластинчатые и водокольцевые;
в) Струйные – пароструйные с промежуточной конденсацией.
Особенность сухих и ротационных вакуум-насосов – перепуск газа из мёртвого пространства. В конце сжатия мёртвое пространство соединяется при помощи золотника с камерой всасывания, газ переходит из мёртвого пространства к всасыв. Давление в мёртвом пространстве падает, и сжатие газа начинается в самом начале хода поршня, что увеличивает производительность и объёмный коэффициент сжатия.
Компрессорных машин
Наибольшее распространение получили поршневые и центробежные машины.
Поршневые компрессоры
Используют при малых подачах газа (до 10 тыс. м 3 /ч) и высоких давлениях (до 100 МПа).
Вакуум-насосы
Сухие до 99 % абсолютного вакуума.
Мокрые 80-90 % абсолютного вакуума.
Пластинчатые 95-98 % абсолютного вакуума.
Водокольцевые (наиболее распространены) 95-98 % абсолютного вакуума. Используются в агрессивных средах, взрывоопасные смеси, влажные газы. Вакуум ограничен температурой и видом рабочей жидкости – парциальное давление её паров.
Пароструйные вакуум-насосы
Они широко используются на установках АВТ при вакуумной перегонке мазута.
б) Отсутствие движущихся частей (агрессивная среда).
а) Значительный расход водяного пара;
б) Неизбежное смешивание сжимаемого газа с водяным паром;
в) Образование загрязненных сточных вод.
Аналитические формулы
· Для изотермического процесса: ;
· Для адиабатического процесса: ;
· Для политропного процесса: ;
где — удельная работа сжатия;
— показатель адиабаты (для воздуха );
Температура газа после сжатия
· Для изотермического процесса: ;
Видео:Почему обмерзает толстая (газовая) трубаСкачать
· Для адиабатического процесса: ;
· Для политропного процесса: ;
Теоретическая мощность, затрачиваемая компрессором :
— удельная работа сжатия;
Наименьшая работа затрачивается при изотермическом сжатии (например, при водяном охлаждении сжимаемого газа).
Для оценки эффективности применяют относительный К.П.Д., основанный на сравнении данной машины с наиболее экономичной машиной того же класса.
Для машин с водяным охлаждением изотермический К.П.Д.:
Для машин без охлаждения адиабатический К.П.Д.:
Сжатие газа по адиабате наиболее экономично из класса компрессоров, работающих без охлаждения.
Мощность на валу двигателя:
Номинальная мощность двигателя:
Поршневые компрессоры
Поршневые компрессоры делятся:
a) Одноступенчатые и многоступенчатые;
b) Простого и двойного действия;
c) Вертикальные и горизонтальные.
Одноступенчатые компрессоры
В них газ сжимается до конечного давления в одном цилиндре, или нескольких цилиндрах, но работающих параллельно (одна ступень сжатия).
1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – всасывающий клапан; 4 – нагнетательный клапан;
5 – шатун; 6 – кривошип; 7 – маховик; 8 – ползун (крейцкопф).
Схемы одноступенчатых поршневых компрессоров:
а) Одноцилиндровый простого действия (бескрейцкопфный);
б) Одноцилиндровый двойного действия (эти компрессоры более сложны, но имеют практически вдвое большую производительность);
в) Двухцилиндровый простого действия (привод осуществляется от одного коленчатого вала с кривошипами, сдвинутыми на ; на линии устанавливается ресивер; стенки цилиндров часто имеют водяную рубашку).
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.
Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
- 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:Работа винтового компрессора, его принцип действия и устройство.Скачать
🔥 Видео
Проверка кондиционера в автомобиле. Давления и температуры исправного автокондиционера.Скачать
Забудьте всё что слышали про бензин! Это прорыв! Двигатель на нагретом бензопаре!Скачать
Как использовать поршневой воздушный компрессор. Настройка компрессора. Советы по эксплуатации.Скачать
ПОСЛЕ ЭТОГО кондиционер авто не будет отключатьсяСкачать
ЕСЛИ ОТКЛЮЧАЕТСЯ КОНДИЦИОНЕР, надо...Скачать
Устройство и принцип работы винтового компрессораСкачать
Тепло компрессорных установок / Тепловыделение компрессора, рекуперация теплаСкачать
Почему МАСТЕРА не говорят про это? СЕКРЕТ ГАЗОВОЙ ГОРЕЛКИ! Отличная идея своими рукамиСкачать
Переохлаждение и Перегрев. Что это, для чего и зачем.Скачать
Холод спиральный компрессор Copeland ZR, вскрытие и постановка диагнозаСкачать
Компрессор РЕМЕЗА. Чем вызван нагрев головки компрессора?Скачать
Как ухаживать за компрессором? Обучающее видеоСкачать
НЕДОСТАТОК vs ИЗБЫТОК фреона в системе БЫТОВОГО холодильникаСкачать
1 часть: 1-й признак отсутствия компрессии из-за износа поршневой группы, Sprinter 316CDI 2.7Скачать
