teplotekhnika (852911), страница 66
Текст из файла (страница 66)
Он в значительной степени определяется заданным температурным уровнем их работы.15.4. Компрессорные установкиКлассификация компрессоров. В объемных машинах давление газа повышается путем изменения объема рабочего пространства машины. Так, взависимости от значения создаваемого давления компрессорные машины подразделяют на компрессоры, повышающие давление газов до0,2-0,3 М Па и выше; газодувки, повышающие давление до 0,3 М Па; вентиляторы, повышающие давление до 0,15 МПа, и вакуум-насосы, используемые для создания разрежения (давления ниже атмосферного).По характеру рабочего процесса различают несколько типов компрессорных машин: объемные, газодинамические, тепловые.Для получения сжатого воздуха для производственных целей на судостроительных и судоремонтных заводах применяются стационарные ипередвижные компрессорные установки. Обычно давление сжатого воздуха в них не превышает 0,6 МПа.
Наибольшим потребителем сжатоговоздуха на заводах является корпусный цех. Сжатый воздух используетсяна обдувку деталей, поверхностей корпуса, опрессовку, для работы стен-дов для испытания двигателей, паровоздушных молотов, пневматических прессов, пневмоинструмента, работы пневматических перегрузочных машин, для охлаждения капролоновых втулок дейдвудных подшипников, проточки седел кингстонов на борту судна, а также для абразивно-струйной очистки поверхностей корпусов судов, сбора продуктовочистки и регенерации абразивного материала, для распыливания красок и т.д.Машины, предназначенные для сжатия воздуха или газа, называютсякомпрессорами.
Собственно компрессорами называются машины с искусственным охлаждением, создающие давление более 0,35 МПа. Такиемашины применяют в высоконапорном пневматическом транспорте.По принципу действия компрессорные машины делятся на лопастные, вытеснения (объемные) и струйные (газодинамические).354На пневматическом транспорте получили распространение в основном только компрессоры вытеснения. Они обеспечивают стабильностьгазового потока на всех режимах работы и отсутствие помпажных зон.По конструктивному выполнению компрессоры вытеснения делятся напоршневые, ротационные и винтовые.В динамических машинах и аппаратах внешняя энергия преобразуется вначале (на первой стадии рабочего процесса) в энергию струи сжимаемого газа или энергию вихрей (например, с помощью вращаюшегосярабочего колеса с лопатками), а затем (на второй стадии рабочего процесса) кинетическая энергия струи или вихря переходит в потенциальную энергию давления сжатого газа.В тепловых компрессорных машинах повышение давления газа осушествляется за счет теплоты внешних источников.
Наибольшее практическое распространение получили компрессорные машины объемного идинамического типа. Области применения компрессорных машин в зависимости от производительности Уи давления нагнетания рн показанына рис. 15.19.В настоящее время в нашей стране выпускаются сотни типоразмеровразличных компрессорных машин производительностью 0,0212 000 м3/мин с давлением нагнетания до 250 МПа и мощностью0,1 кВт-40 МВт. Компрессорные машины применяются во многих отраслях народного хозяйства.
При изучении процессов компрессорныхмашин необходимо учитывать свойства реальных газов и паров. Так, если внутренняя энергия и энтальпия идеального газа не зависят от давления и при одинаковой температуре равны, то внутренняя энергия реального сжатого газа при одинаковой температуре всегда меньше.р", МПаПоршневые6 1 *8оппозиционныекомпрессоры3,9 _Поршневые1 , 2 Р угловыеІкомпрессорыЦентробежныекомпрессОРыпоршневыеи винтовыекомпрессоры0,2 Шестеренные компрессоры Центробежные нагнетатели0,121в1171п42 зз 167к'ёіжїсРетры1667 вооо моём3/сРис. 15.19.
Области применения компрессорных машин355Поршневые компрессоры. В поршневых компрессорах сжатие и нагнетание воздуха производятся поршнем, движущимся в цилиндре.Различают поршневые компрессоры простого и двойного действий. Вкомпрессорах двойного действия работают обе полости Цилиндра. Порасположению оси цилиндра они бывают горизонтальные, вертикальные, У- и И/-образные Частота вращения поршневых компрессоров200-1200 мин-І. При небольших частотах вращения требуется допол нительная ременная передача.По числу ступеней компрессоры подразделяются на одно-, двух- имногоступенчатые (см.
подразд. 3.2).В зависимости от создаваемого давления поршневые компрессорыбывают низкого давления, предназначенные для сжатия воздуха до давления І МПа, среднего - 1-10 МПа и высокого - ІО-ІОО МПа.По производительности они делятся на компрессоры малой производительности - до 10 мин", средней - 10-100 м3/мин и большой - от 100мин*І и выше.Компрессоры малой производительности, как правило, выполняются многооборотными (с частотой вращения 700 мин*І и более). Поршневые компрессоры бывают с воздушным и водяным охлаждением.В ротационных компрессорах сжатие и нагнетание воздуха производятся равномерно вращающимся в одну сторону ротором с лопатками.Их применяют обычно при давлениях не выше 1,5 МПа и производительностях до 50 м3/мин.
Эти компрессоры имеют высокую частоту вращения и могут быть непосредственно соединены с электродвигателем.Сжатие воздуха в ви нтовом компрессоре происходит за счет сокращения объема рабочей полости, образованной корпусом и винтовыми поверхностями сопряженных роторов. Такие компрессоры надежны в работе, не загрязняют смазкой воздух, обеспечивают равномерную подачу.Принцип работы и индикаторная диаграмма идеального поршневогокомпрессора были рассмотрены в гл. 3. Отличие действительной индикаторной диаграммы компрессора от теоретической обусловливается вред-ным пространством, сопротивлением в клапанах, влиянием теплообмена, утечками воздуха, повышением температуры при всасывании воздуха и т.д.
(рис. 15.20). На этой диаграмме точка а соответствует закрытиювсасывающего клапана, точка Ь - открытию нагнетательного клапана, аточка с - его закрытию. Всасывающий клапан открывается в точке а'.Точки І-4 соответствуют теоретической расчетной диаграмме работыкомпрессора с учетом вредного пространства.Рассмотрим влияние основных указанных факторов на действительные процессы, протекающие в цилиндре компрессора.І. В отличие от идеального в реальном компрессоре имеется вредноеапространство объемом У , заключенное между крышкой цилиндра иднищем поршня, находящегося в верхней мертвой точке (ВМТ). Вред356Рис. 15.20.
Действительная индикаторная диаграммацтное пространство компрессора расположено главным образом в клапанах и подводяших к ним каналах. Как видно из диаграммы, при расширении воздуха, находящегося во вредном пространстве, уменьшаетсяобъем всасывания (линия 3-4). Всасывание воздуха из атмосферы начинается после того, как давление воздуха в цилиндре снизится до атмосферного (точка 4). Отношение объема вредного пространства УО к объему У , описываемому поршнем, называется относительным вреднымобъемом , т.е.а=-_,(15.38)Величина относительного вредного объема обычно составляет 2-6%и сильно влияет на производительность компрессора.2. При рассмотрении идеального компрессора принималось, что давление всасывания равно атмосферному. В действительности из-за сопротивления во всасывающей магистрали и клапанах давление в цилиндребудет меньше атмосферного на величину АрІ, зависящую главным образом от скорости воздуха при прохождении его через клапан, размероввсасываюшего трубопровода и сопротивления воздушного фильтра.
Наибольшее разрежение в цилиндре компрессора создается в момент, предшествующий открытию клапана, поскольку этот перепад давления должен преодолеть усилие пружины, вес клапана и его инерцию. Потеря давления при всасывании составляет примерно АрІ = (0,05-0,2)р1.3. Давление сжатия воздуха в цилиндре выше давления р2 в нагнетательной магистрали на величину Ар2 из-за сопротивления клапана и нагнетательного патрубка.
Так же, как при всасывании, наибольший перепад давления Ар2 наблюдается в начальный момент открытия нагнетательного клапана в связи с преодолением силы пружины, веса и инерциипластины клапана.357На диаграмме рУзаштрихованная площадь характеризует работу, затраченную на преодоление сопротивлений во всасываюших и нагнетательных клапанах и подводяших к ним каналах.4. При рассмотрении идеального компрессора принималось, что процесс сжатия может протекать по изотерме, адиабате или политропе с постоянным показателем п.В действительности в начале сжатия температура воздуха ниже температуры окружающих его стенок цилиндра.
Поэтому на первой частихода поршня воздух дополнительно нагревается от стенок и процесс сжатия протекает по политропе с п > Іс, кривая сжатия проходит круче адиабаты.В дальнейшем по мере сжатия температура воздуха повышается, и теплота от него начинает передаваться стенкам цилиндра, в результате чего показатель политропы становится меньше показателя адиабаты(п < Іс). Кривая сжатия в этом случае проходит более полого, чем адиабата. Таким образом, в отличие от теоретического процесса, протекаюшегов идеальном компрессоре, показатель политропы сжатия воздуха является переменной величиной. При расчетах компрессоров процесс сжатия спеременным показателем обычно заменяют процессом со средним постоянным показателем п, равным І,2-І,4.5.
При утечках воздуха из цилиндра вследствие неплотности прилегания всасывающего клапана, поршневых колец или сальника кривые сжатия на диаграмме располагаются более полого, а кривая расширения - более круто.Кривая сжатия при перетекании сжатого воздуха из нагнетательноймагистрали через нагнетательный клапан в цилиндр проходит круче, акривая расширения - более полого.Утечка воздуха через неплотности в клапанах, поршне и сальнике, атакже несвоевременное закрытие клапанов приводят к уменьшениюпроизводительности компрессора.Отношение объема всасываемого воздуха Уі при давлении и температуре во всасываюшем патрубке к рабочему объему цилиндра У,1 называется коэффициентом подачих= им.(15.39)Условно Ж можно представить в виде произведения двух коэффициентовх = хвсхэф,(15.40)где Жвс - индикаторный коэффициент всасывания; А.
- коэффициентэфэффективности всасывания.Как видно из индикаторной диаграммы (см. рис. 15.20), часть рабочего объема цилиндра, равная АУ = У4 - У, не используется вследствие358расширения воздуха из вредного пространства. Отношение объема воздуха У'І, действительно поступившего в цилиндр, к рабочему объему цилиндра У,1 называется объемным коэффициентомМ=і(15.41)уьИЛИІІМ, =Щ=1_ї=1_&+&_У_удуьуьУь(15.42)Объем воздуха У,1 находят из отношения параметров в политропномПрОЦЄССЄ раСШИрСНИЯ ВОЗДУХЗ ИЗ ВрЄДНОГО ПрОСТраНСТВа С ПОКЗЗЗТЄЛЄМПОЛИТрОПЬІ п:у4 = уо(:_ї)І/п= уоВІ/п»(15.43)где В - степень повышения давления.Подставляя в (15.42) значение 1/4 из (15.43) и помня, что а = УО/І/ , получаем:Жу= І -аВ'/” + а= І - а(|3'/п - І).(15.44)Как видно из (15.44), объемный коэффициент зависит от объемавредного пространства, степени повышения давления и показателя политропы расширения.В конце всасывания (точка а) давление воздуха всегда меньше атмосферного из-за сопротивления во всасывающей магистрали.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
