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.
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:
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;
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
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: ;
· 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
