Лекци@19-Компрессоры [Режим совместимости] (1062641)
Текст из файла
Лекции по термодинамикедоцент каф. Э6, ктн Рыжков С.В.Э6нергомашиностроение.Лекция №19КОМПРЕССОРЫ•Назначение компрессоров и схема их классификации.•Схема устройства поршневого одноступенчатого компрессора.•Идеальный одноступенчатый поршневой компрессор.•Особенности работы реального одноступенчатого компрессора.•Двухступенчатый идеальный поршневой компрессор.•Экономичность поршневого компрессора.•Турбокомпрессоры.Назначение компрессоров и схема их классификацииКомпрессором называется машина-орудие для сжатия и перемещения под давлением вышеатмосферного различных парогазообразных тел.По роду сжимаемых веществ различают компрессоры воздушные (пневматические), углекислотные,аммиачные, гелиевые и т. п.
По устройству и принципу работы компрессоры делят на поршневые,шестеренчатые, винтовые, ротационные, мембранные, турбокомпрессоры и др.Схема устройства поршневого одноступенчатого компрессораЦилиндр компрессора снабжают охлаждающимустройством. Чаще всего применяют водяноеохлаждение: через специальную водяную рубашку,окружающую цилиндр и его крышку, под напоромпропускают охлаждающую воду. Иногда, применяютвоздушное охлаждение: цилиндр компрессора,имеющий специальные охлаждающие ребра,обдувается воздухом.Поршневой компрессор, как и всякую поршневуюмашину, невозможно выполнить так, чтобы прикрайнем положении его поршня (верхняя мертвая точка)между его кромкой и крышкой цилиндра не осталсябольший или меньший объем, называемый объемоммертвого пространства.
На индикаторной диаграмме этому пространству соответствует объем V0.Остающийся в этом объеме к концу процессанагнетания газ при обратном ходе поршня расширяетсяРис. 1. Схема устройства и индикаторнаяи к началу всасывания имеет давление, близкоедиаграмма одноступенчатого 2к давлению свежего всасываемого газа.поршневого компрессораРассмотрение термодинамической стороны рабочего процесса поршневых компрессоров удобноначать с так называемого идеального одноступенчатого компрессора.Идеальный одноступенчатый поршневой компрессорИдеальным поршневым называюткомпрессор, который не имеет объемамертвого пространства и клапаны которогоне оказывают никаких гидравлическихсопротивлений всасываемому и нагнетаемомугазу, а в процессе сжатия и нагнетанияобеспечивается абсолютная герметичностьрабочей полости цилиндра.
Поршень такогокомпрессора движется вдоль оси цилиндрабез трения.Индикаторная диаграмма идеальногокомпрессора приведена на рис. 2. Давленияна линиях всасывания a1 и нагнетания 2bпостоянны. Несмотря на это, процессы a1 и2b не являются термодинамическимипроцессами. Эти процессы характеризуютсяпеременными количествами рабочего ипостоянством параметров состояния его.Поэтому индикаторную диаграмму можнопредставлять только в координатах Vр, где Vв м3 - объем, описываемый поршнем приРис. 2.
Идеальный одноступенчатыйдвижении. В дальнейшем для упрощенияпоршневой компрессорвсех выводов принимается, что за одинрабочий цикл в цилиндр всасывается,сжимается в нем и выталкивается из него в нагнетательный трубопровод 1 кг идеального газа.3Процесс сжатия газа в идеальном компрессоре может осуществляться: по адиабате, в случаеотсутствия теплообмена с внешней средой; по изотерме, если вся энергия, подводимая за рабочийцикл в форме работы, отводится от газа в форме теплоты, и по политропе, когда осуществляетсячастичный теплообмен.
Определим работу, затрачиваемую на получение сжатого газа в компрессорепри трех процессах сжатия, считая, что сжимается 1 кг газа.Изотермическое сжатие.l k = 2 ,3 RT lgpυ2= 2 ,3 RT lg 1υ1p2(1)Адиабатное сжатие.1lk = p1υ1 +( p1υ1 − p 2υ 2 ) − p 2υ 2k −1kkp2( p1υ 1 − p 2υ 2 ) =lk =p1υ 1 (1 − ( )k −1k −1p1k −1k)(2)l = ( u1 − u 2 )l k = p 1υ 1 + ( u 1 − u 2 ) − p 2υ 2 = ( h1 − h 2 )(3)4Политропное сжатие.1l k = − p 1υ 1 +( p 1υ 1 − p 2υ 2 ) + p 2υ 2n −1n −1nnp2 nlk =( p1υ1 − p 2υ 2 ) =p1υ1 (1 − ( ) )n −1n −1p1(3)Рис. 3.
Рабочие циклы одноступенчатого Рис. 4. Изображение различных процессовкомпрессора при различных процессахсжатия в одноступенчатом идеальномкомпрессоре в диаграмме sT5Особенности работы реального одноступенчатого компрессораКак указывалось выше, цилиндр реального компрессора всегда имеет объем мертвогопространства.
Влияние этого объема на рабочий процесс компрессора чрезвычайно сложно ирассматривается в специальных курсах. В общих же курсах термодинамики можно ограничитьсярассмотрением влияния объема мертвого пространства на рабочий процесс компрессора, у которого,так же как и у идеального, всасывающий и нагнетательный тракты не оказывают гидравлическогосопротивления протекающему через них газу в процессах всасывания и нагнетания, не происходиттеплового взаимодействия между газом и стенками цилиндров и в течение всего рабочего процессаотсутствуют утечки рабочего тела.Если весь объем, описываемыйпоршнем, при движении его от однойкрайней точки к другой, равен V, товследствие расширения газа,остающегося в мертвом пространстве,объем всасываемого газа (объемвсасывания) Vвс < V.V вс=ϕV(5)называют объемным коэффициентом(или объемным к.
п. д.) компрессора.Этим коэффициентом оцениваетсявлияние объема мертвого пространстваРис. 5. Рабочий цикл одноступенчатого компрессора сна производительность компрессора.учетом «мертвого» пространстваСжимать в одном цилиндре средувыше чем до 5 – 8 aт при давлении всасывания 1 aт практически нецелесообразно. Для больших6значений конечного давления сжатия применяют многоступенчатое сжатие (двухступенчатое,трехступенчатое и т. д.).Двухступенчатый идеальный поршневой компрессорУ реальных компрессоров, правильнорассчитанных и изготовленных иработающих в нормальныхусловиях, промежуточныйхолодильник обеспечиваетохлаждение газа, называемоеполным. Расчеты показывают, чтовыгодно добиваться равенстваработ в обеих ступеняхкомпрессора, т.
е. lI = lII этимиусловиями и определяется искомоедавление. Работу каждой ступенинаходят как работу одноступенчатогокомпрессора.Рис. 6. Схема устройства и индикаторная диаграммаидеального двухступенчатого поршневого компрессораХВ – холодный воздухПХ – промежуточный холодильникГВ –горячий воздух7npp 1υ 1 (1 − ( 2 )n −1p1n −1nnp)=p 3υ 3 (1 − ( 4 )n −1p3n −1n)Считая, что показатели политроп сжатия в обеих ступенях одинаковы и учитывая, что p1υ1=p3υ3,так как t1=t3, получаемp2p4=p1p3p 2 p 3 = p1 p 4p2 = p32p21 p4p 2 = p1 p 4 =p1p 2 = p1p4= xp1p2 = p1 xp4p1Рис. 7. Рабочий цикл идеальногодвухступенчатого поршневого компрессора(6)x – степень сжатия в каждой ступени компрессора8Рис. 8.
Изображение рабочего процессадвухступенчатого компрессора вкоординатах sTРис. 9. Рабочий цикл идеальногодвухступенчатого поршневого компрессорас учетом «мертвого» пространства9Объёмные коэффициенты ступеней сжатия этого компрессораϕϕIII=V всIVI=x=ϕ=V в с IIV IIp4p1VвсVIРешающими соображениями в пользу двухступенчатого сжатия с промежуточным охлаждениемследует признать увеличение объемного коэффициента и снижение максимальной температурысжимаемого газа.10Рис. 10.
Схема устройства трехступенчатого поршневого компрессора.IПХ – промежуточный холодильникIIПХ – промежуточный холодильник11Рис. 11. Рабочий цикл трехступенчатогопоршневого компрессора в координатахvp и sTРис. 12. Рабочий процессмногоступенчатого компрессорас промежуточным охлаждением(сжатие в таком компрессоре взначительной мере приближается кизотермическому)12Экономичность поршневого компрессораЭкономичность компрессора определяется сравнением работы, действительно затрачиваемой насжатие и нагнетание в трубопроводе 1 кг газа, с работой, которая потребовалась бы на сжатие 1 кг газа видеальном компрессоре.
В качестве примера рассмотрим методы определения экономичностиодноступенчатого компрессора.li =Limгде Li — полная работа за рабочий цикл в Дж.В идеальном одноступенчатом компрессоре потребляемая работа l0 (в Дж/кг) выражается площадьюа12b (см. рис. 2).li= ηl0(7)называется к. п. д. компрессора и, являясь основным показателем экономичности, характеризуетстепень совершенства компрессора.Если затрачиваемую работу определять с учетом потерь на трение в звеньях кривошипно-шатунногомеханизма, то вычисляемые к. п. д. называют эффективными.
Эти к. п. д. также могут бытьадиабатные и изотермические.13ТурбокомпрессорыРис. 13. Схема турбокомпрессора1 – вал2 – лопатки3 – диффузорПроцесс сжатия газа в турбокомпрессоре в идеальном случае можно считать адиабатным.14l = h − h1'2(8)Экономичность турбокомпрессораоценивается его адиабатным к. п. д.:η =h 2 − h1h 2' − h1Для идеального газаи тогдаη ад =(9)h = c pT(T 2 − T1 ) c p(T − T1 ) c p'2T2 − Tt 2 − t1= '= 'T2 − Tt 2 − t1=(10)Рис.
14. Изображение рабочего цикла процессатурбокомпрессора в координатах sTЭтим к.п.д. учитывает только так называемые внутренние потери, поэтому он и называется внутреннимотносительным. Если же учесть потери на трение в движущихся частях, т. е. затрачиваемую работуопределять на валу компрессора, то следует ввести понятие эффективного к.п.д.
турбокомпрессора.15Контрольные вопросы•••••••Назначение компрессоров и схема их классификацииСхема устройства поршневого одноступенчатого компрессораИдеальный одноступенчатый поршневой компрессорОсобенности работы реального одноступенчатого компрессораДвухступенчатый идеальный поршневой компрессорЭкономичность поршневого компрессораТурбокомпрессоры16.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
