Основные показатели работы (параметры) компрессорных машин

6.1.1. Производительность (подача)

Количество газа, подаваемого компрессором в единицу времени, называется производительностью (подачей) компрессора.

Обычно производительность измеряется объемом газа, приведенным к давлению и температуре его во всасывающем патрубке (т.е. практически к атмосферным условиям P_а и T_а). В этом случае она называется объемной производительностью Q_в и измеряется в м 3 /с, м 3 /мин, м 3 /ч.

Иногда подачу компрессора относят к состоянию газа при каких-либо других условиях. Например, при так называемых нормальных условиях: Р₀=760 мм рт. ст. (0,1013 МПа); Т₀=273,15 K (0 °C), тогда подача называется производительностью при нормальных условиях (нм 3 /мин).

Вместо объемной подачи на практике часто используется массовая производительность G_в, кг/с, которая связана с объемной подачей Q_в, м 3 /с, соотношением: , где r_в, кг/м 3 , – плотность воздуха на всасывании.

Удельная работа сжатия

Удельная работа сжатия (напор) в компрессоре – это работа, сообщенная 1 кг воздуха при сжатии, l_к, кДж/кг. Процессы сжатия в компрессоре зависят от внешних условий. Различают четыре теоретических процессов сжатия. Отображение процессов сжатия газа от давления P₁ до давления P₂ в P,V— и T,s— диаграммах представлено на рис. 6.1.

Рис. 6.1. Диаграммы возможных режимов сжатия газов:

1-2_из – изотермический; 1-2_ад – адиабатный (изоэнтропный); политропные процессы для неохлаждаемых (n> k) – 1- и для интенсивно охлаждаемых (n 3 воздуха в процессе сжатия: P, .

Развиваемое давление количественно связано с удельной работой сжатия:

P₂—P₁=l_кr, ,

но плотность воздуха в этом выражении следует брать при тех же параметрах воздуха, при которых определялисъ значения объема и массы.

Видео:9. ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИКИ. ТЕРМОДИНАМИКА КОМПРЕССОРОВ. Работа компрессора. Вредный объём.Скачать

Для характеристики процесса сжатия чаще используется понятие: степень повышения давления – >1.

Термодинамические КПД компрессора

Обычным энергетическим КПД характеризовать работу компрессора нельзя, так как при сжатии нельзя оценивать приращение энергии только энтальпией. КПД изотермического процесса сжатия (самого экономичного) по этой методике будет равен нулю.

Поэтому совершенство процессов сжатия оценивают при помощи относительных термодинамических КПД:

– изотермический КПД;

– изоэнтропный (адиабатный) КПД,

где l_i – удельная внутренняя работа действительного процесса сжатия (без учета механических потерь). Изотермический КПД h_из – применяют для оценки процессов в компрессорах с интенсивным водяным охлаждением. Для такого процесса изотермический процесс является эталонным. Изоэнтропный (адиабатный) КПД h_ад – используют для оценки эффективности процессов сжатия в неохлаждаемых или воздушно-охлаждаемых компрессорах. Для таких компрессоров эталонным является изоэнтропный процесс.

Обычно для поршневых компрессоров в зависимости от интенсивности охлаждения – h_из=0,65-0,85.

Для неохлаждаемых компрессоров: центробежных – h_ад=0,8-0,9; и осевых – h_ад=0,85-0,95.

Эксергетический КПД

Более полно термодинамическую эффективность оценивает эксергетический КПД компрессорной установки:

Видео:Поршневой компрессорСкачать

, (6.4)

где E₁ – эксергия потока сжатого воздуха на выходе из компрессорной установки, кВт; E_вэр – эксергия теплоты охлаждающей компрессор воды, если она полезно использована на производстве, кВт; E_вх – эксергия подведенной к компрессору энергии (для привода), кВт; – эксергия затрат энергии во вспомогательных элементах КУ (система осушки сжатого воздуха, градирни, циркуляционные насосы и пр.), кВт

Читайте также: Компрессор бауэр в россии

Значение полной эксергии сжатого воздуха E₁, кВт, вычисляется по соотношению

, (6.5)

где G_в – массовая производительность компрессорной установки, кг/с. Удельная эксергия сжатого воздуха e, кДж/кг, определяется из выражения:

, (6.6)

где i, s – энтальпия и энтропия сжатого воздуха, которые определяются по термодинамическим таблицам или диаграммам при параметрах воздуха на выходе из КУ, кДж/(кг×К); i_о.с, s_о.с. – энтальпия и энтропия воздуха (окружающей среды), котрые определяются при давлении и температуре на входе в компрессор, кДж/(кг×К).

Мощность компрессора

При известных термодинамических КПД h_из и h_ад легко вычисляется внутренняя работа компрессора l_i, кДж/кг по известным соотношениям:

или , (6.7)

где значения l_из и l_ад, кДж/кг, определяются по соотношениям (6.1) и (6.3).

Видео:Низкотемпературные машины. Лекция 3. Работа компрессоров и детандеров. Изоэнтропный процесс.Скачать

Но кроме внутренних потерь в компрессоре есть еще механические потери, которые оцениваются механическим КПД. Для обычных серийных конструкций можно принимать h_м=0,96-0,98, тогда эффективная работа компрессора l_е, кДж/ кг, находится из соотношений:

или . (6.8)

При известной массовой подаче компрессора G_в, кг/с, потребляемая мощность N_e, кВт, составит:

или . (6.9)

Знание этой мощности позволит определить требуемую мощность привода.

Содержание

Поршневые компрессоры
Принцип работы и термодинамические условия работы поршневого компрессора
Индикаторная диаграмма идеального рабочего процесса компрессора
Работа на сжатие единицы массы газа в компрессоре
Подача поршневого компрессора, коэффициент подачи
Мощность и коэффициент полезного действия поршневого компрессора
Охлаждение компрессора
Конструкции поршневых компрессоров
Удельная работа сжатия (напор)
💥 Видео

Поршневые компрессоры

Принцип работы и термодинамические условия работы поршневого компрессора

Принципиальная схема поршневого компрессора (рис. 3.1) включает цилиндр 1, поршень 2, всасывающий 3 и нагнетательный 4 клапаны, шток 5 и кривошипно-шатунный механизм, состоящий из крейцкопфа 6, шатуна 7 и кривошипа 8.

Рис. 3.1. Схема поршневого компрессора

Рабочий процесс в поршневом компрессоре осуществляется за четыре этапа:

Расширение и сжатие газа в компрессоре связаны с изменением его температуры и являются объектом изучения технической термодинамики.

Характер изменения объема газа зависит от условий теплообмена между газом, деталями компрессора и окружающей средой. В зависимости от этого сжатие или расширение могут происходить:

Как видно из определений, адиабатический и изотермический процессы являются частными случаями политропического процесса.

Политропический процесс изменения состояния идеального газа удовлетворяет уравнению:

где р — давление; V — объем газа; m — показатель политропы.

При адиабатических процессах m обозначается через k и называется показателем адиабаты и равен 1,67 для одноатомных газов, 1,4. 1,41 для двухатомных и 1,2. 1,3 для трех- и многоатомных газов.

Видео:Центробежный компрессорСкачать

При изотермическом процессе m = 1.

Из условий работы поршневого компрессора видно, что процессы сжатия и расширения газа происходят в основном при политропическом процессе.

Изменение температуры газа можно определить, используя уравнение состояния идеального газа:

где R — газовая постоянная; Т — абсолютная температура газа в цилиндре в °К.

Для политропического процесса температура после сжатия равна:

где Т 2 — конечная температура газа после сжатия;Т 1 — начальная температура газа в °К.

Индикаторная диаграмма идеального рабочего процесса компрессора

При рассмотрении идеального цикла поршневого компрессора принимают следующие допущения:

Работа на сжатие единицы массы газа в компрессоре

Работа идеального цикла компрессора ( L полн ) равна сумме работы сжатия газа ( L 1 ) и работы вытеснения газа в нагнетательный трубопровод ( L 2 ) за вычетом работы, обусловленной энергией газа, имевшейся у него уже во всасывающем трубопроводе ( L 3 ):

Подача поршневого компрессора, коэффициент подачи

Подачей компрессора называют oбъем или массу газа, проходящего за единицу времени по линии всасывания или линии нагнетания компрессора . Расход газа на нагнетании всегда меньше, чем на всасывании, за счет утечек газа через неплотности.

Мощность и коэффициент полезного действия поршневого компрессора

Мощность привода компрессора слагается из индикаторной мощности сжатия ( N инд ), мощности, затрачиваемой на механические потери в механизмах компрессора ( N м1 ) и передачах от привода к компрессору ( N м2 ), и мощности ( N всп ), затрачиваемой на привод вспомогательных устройств (например, насосов системы смазки).

Охлаждение компрессора

Видео:Принцип работы винтового компрессораСкачать

При сжатии воздуха и газов неизбежно выделяется большое количество тепла. Если это тепло будет уноситься с сжимаемым газом, то будет происходить адиабатический процесс сжатия. Чтобы сделать компрессор более экономичным, предусматривают принудительное охлаждение.

Конструкции поршневых компрессоров

На рис. 3.1 была представлена схема простейшего компрессора с одним цилиндром одинарного действия, (рабочая камера цилиндра находится с одной стороны поршня). Подробнее.

Удельная работа сжатия (напор)

Производительность (подача)

Основные показатели работы (параметры) компрессорных машин

Влагосодержание.

Влагосодержание воздуха должно удовлетворять специфическим требованиям технологических процессов, оговариваемых в технологическом регламенте. Так, например, в автомобилестроении в соответствии с ГОСТ 9.010-80 «Воздух, сжатый для распыления лакокрасочных материалов» влагосодержание воздуха с давлением 0,6 МПа ограничено значением 1,6 г/м 3 .

К сжатому воздуху для питания пневматических систем и устройств, работающих при давлении до 2,5 МПа, требования к влагосодержанию оговариваются в ГОСТ 17433-80 «Сжатый воздух. Классы загрязнения». В пересчете на условия t_в=20°С и P_в=0,9 МПа устанавливается следующее влагосодержание: для классов загрязненности 0 и 1 d_в£0,156 г/кг, а для классов 3, 5, 7, 9, 11 и 13 d_в£0,9 г/кг. Для остальных классов влагосодержание (точка росы) не регламентируется.

При применении сжатого воздуха в машиностроительной, металлургической и горнодобывающей промышленности важно, чтобы отсутствовала конденсация водяного пара во время транспортировки сжатого воздуха от компрессорной станции до потребляющего оборудования. То есть необходимо, чтобы возможная минимальная температура воздуха в пневмосети всегда была выше точки росы осушенного воздуха.

Считается экономически приемлемой точка росы сжатого воздуха 2-3°С (под рабочим давлением). Именно такая степень осушки принята повсеместно на большинстве предприятий горнодобывающей промышленности, машиностроения и др.