Баскаков А.П. (ред.) Теплотехника Энергоатомиздат, 1991 (947482), страница 16
Текст из файла (страница 16)
В индикаторной диаграмме ли. нии всасывания 4-! и нагнетания 2-3 не изображают термодинамические процессы, так как состояние рабочего тела в них остается постоянным — меняется только его количество. На сжатие и перемещение ! кг газа затрачивается работа ( — 1„,!, которую производит двигатель, вращающий вал компрессора. Обозначим се через 1„(!.=— = — — г„,!.
Из (5.8! следует, что Процессы сжатия в идеальном компрессоре. К о м п р е с с о р о м называ. ется устройство, предназначенное для смшгия и перемещенин газов. Принцип действия поршневого ком. прсссора таина (рис. 5.8): при движении поршня сяева направо давление в цилиндре становится меньше давления рь открывается всасывающий клапан. Цилиндр заполняется газом. Всасывание изображается на индикаторной д и а г р а м м е линией 4-!.
При обратном движении по!поня всасывающий клапан закрывается, и газ сжимается по линии 1-2. Давление в цилиндре увели. чивастся до тех пор, пока не станет больше рь Нагнетательныи клапан открывается, и газ выталю кается поршнем в сеть (линия 2-3). Затем пагнстатель- !г= ~ одР. (5.28) Рис. 59. Сравнение работы адиабатиого, изо- термического и политронного сжатия На индикаторной диаграмме („ изображается плошадью 4-3-2-!. Техническая работа, затрачиваемая а компрессоре, зависит от характера процесса сжатия. Нв рис.
5.9 изображены изотермический (и=1), адиабатиый (л=л) и политропиый пропессы сжатия. Сжатие по изогерме дает наименьшую площадь, т е, происходит с наименьшей затратой работы, следовательно, применение язотермического сжатия в компрессоре яаляетси знергегическн наибо. лее выгодным. Чтобы приблизить пропесс сжатия к изотермическому, необходимо отводить от сжимаемого в компрессоре газа теп.
лоту. Это достигается путем охлаждения наружной поверхности нилиидра в»дой, подаваемой в рубашку, образуемую полыми стенками иилиидра. Однако практически сжатие газа осу>цествляется по политропе с показателем п=1,!8 —:1,2, поскольку достичь значения и =! не удается Работа, затрачиваемая на привод идеального компрессора, все процессы в котором равновесны, вычисляется по соотношению (5.28). Считая газ идеальным ', из уравнения политропы (4.22) получаем и =(р>/р)»" и, и (5.29) Если обозначить расход газа в компрессоре через т, кг/с, го теоретическап мощность привода компрессора определится из уравнения 1>>и =я — -- р,п, (5,80) Многоступенчатое сжатие.
Для получения газа выс»кого давления применяют многоступенчатые компрессоры (рис. 5.10), в которых процесс сжатии осу>цествляется в нескольких последова- теории комиргссориых чишки, обл >- Лахипаи прнхтичгски пригмлгмои гочноспх>, осионывастсн пн термодинамике идсмьн»го газа.
Например, расче> но>душных компрессоров нв давление до !О Ы11а по уравнениям идеального гизи дает погрешиос>ь около 2 ",4. Рис Б ! О. Схема многое> упеичатого компрессора. !О . г»нгнп кюнн, >. 2 чрччгх» ыни >члщнлкиихи д д7 ь т -" - ч Ра д> а) Рис Б !1. Индикаторкаи анаграмма трехюупеичатого компрессора (а) и изображение процесса сжатии в Т, мдиаграмме (6) тельно соединенных пилиндрах с промежуточным охлаждением газа после каждого сжатия. Индикаторная диаграмма трехступенчатого компрессора изображена иа рис. 5.1!. В первой ступени компрессора газ сжимается по политропе до давления ди, затем он поступает в промежуточный холодильник 1, где охлаждается до начальной температуры Ть Сопротивление холодильника по воздушному тракту с целью экономии энергии, расходуемой на сжатие, делают небольшим.
Это позволяет считать процесс охлаждения газа изобарным. После холодильника газ поступает во вторую ступень и сжимается по политропе до р,ц, затем охлаждается до температуры Т~ в холодильнике 2 и поступает в пилиндр третьей ступени, где сжимается до давления рь Если бы процесс сжатия осуществлялся по изотерме 1-3-5-7, то работа сжатия была бы минимальна. При сжатии в одноступенчатом ком>>росси>ре по линни ! — 9 величина работы определялась бы площадью 01-1-9-3. Работа трехступенчатого компрессора определяется плошадью 0-1-2-3-4-5-605 Заштрихован- ная площадь показывает уменьшение затрат работы от применения трехступенчатого сжатия.
Чем больше число ступеней сжатия и промежуточных охладителей, тем ближе процесс к наиболее экономичному-- изотермическому, но тем сложнее и дороже конструкция компрессора. Поэтому вопрос о выборе числа ступеней, обеспечивающих требуемую величину ря решается на основании технических и технико-экономических соображений. Процессы сжатия в реальном компрессоре хзрзктеризуются наличием внутренних потерь на трение, поэтому работа, затрачиваемая на сжатие газа, оказывается больше рассчитанной по уравнению (5.29). Эффективность работы реального компрессора определяется от н ос нтельным внутренним КПД, представляющим собой отношение работы, затраченной на привод идеальнога компрессора, к действительной.
Для характеристики компрессоров, работающих без охлаждения, применяют адиабатиый КПД Ч.,=!.,/1„,, где 1,„ работа при равновесном адиабатном сжатии, вычисленная по уравнению (5.25) при п=й; 1„ — работа, затраченная в реальном компрессоре при сжатии ! кг газа. Для характеристики охлаждаемых компрессоров используют изотермический КПД г).,=1м/1„„где 1., — работа равновесного сжатия в изотермическом процессе, подсчитаннан по формуле (5.29) при и=!. Цт. ЗКЕГРГИЯ ПОТОКА РАБОЧЕГО ГЕЛА Определим возможный равновесный путь перехода рабочего тела в потоке из начальнога состояния 1 с давлением р~ и температурой Т~ в конечное состояние 0 с давлением рг и температурой Тг окружающей среды (рис.
5. ! 2) . Так как рассматриваемая система содержит только один источник теплоты (окружающую среду с неизменной температурой Тг), то равновесный процесс можно представить себе либо при отсутствии теплообмена между потоком н сре- 54 Рис. 5.!2. К определению эксергни потока ра- бочего тела дой (адиабатное расширение нли сжатие), либо при наличии теплообмена между потоком и средой, но обязательно при температуре Т, (изатермическое расширение или сжатие). Во всех остальных процессах неизбежно будет иметь место теплообмен между рабочим телом и средой при конечной разности температур и равновесный переход станет невозможным. Это значит, что един. ственным возможным путем перехода к равновесию с окружающей средой является аднабатное расширение до рг, Тг и последующее изотермическое расширение (илн сжатие, если точка 2 окажется правее точки О) до рг, Тг.
В последнем процессе рабочее тело отнимает от среды теплоту де=То(ег — зг). На рис. 5.)2 ана изображена заштрихованной площадкой. Так как 1-2 — адиабата, то зг=зь Тогда ео = То (зэ — з | ) . Согласно уравнению первого закона термодинамики для потока (бэ.З) в случае, когда сг=с~ и е,„, =дг (поскольку процессы равновесны), д=дг — А~+1,",',"'. Подставив выражение для г) в предыдущую формулу, получим е=(ггг =Л~ Аэ Тэ (э~ ьа) (5.З!) Величина 1,",'„"' есть максимальная удельная техническая работа, которую может совершить рабочее тело в потоке в процессе равновесного перехода из состояния рь Ть в котором энтропия равна зь а энтальпия Аь в состояние рг, Т„ с энтропией зг и энтзльпией )ы.
Оиа называетсн макси мал ьной работоспособностьюю или эксергией потока рабочего тела и обозначается буквой е. Из изложенного ясно, что эксергия, т. е. максимальная работа, которую можно получить от рабочего тела в потоке, как правила, не равна располагаемому теплоперепаду й, — йш В некоторых случаях, как в изображенном на рис 5 12 примере, она окнзывастся больше располагаемого теплоперепада за счет теплоты, отбираемой рабочим телом от окружающей среды.
В других случаях (когда зз(з~) она будет меньше, чем й! — йш Эксергия е=й~ — 6« — Тз(х~ — л») зависит от параметров как рабочего тепа йь зь так и окружающей среды р«, Та. Однако если параметры окружаюпхей среды заданы (чаще всего принимают Т»=203 К, р«=100 кПа), то эксергию можно рассматривать просто как функцию состояния рабочего тела. Понятие эксергия полезно при анализе степени термодииамического совершенства тепловых аппаратов. Проиллюстрируем это на следующем примере.
Представим себе, что в аппарат поток рабочего тела входит с удельной эксергией еь а выходит из него с эксергией еь причем в аппарате рабочее тело совершает техническую работу 1„„. Насколько совершенно протекает термодинамический процесс в аппаратез Каждый килограмм рабочего тела до аппарата потенциально может совершить максимальную работу еь а после аппарата ех Значит, пройдя аппарат, рабочее тело «потеряло» часть работа- способности, равную е, †Но при этом была совершена техническая работа 1.,„.
Такии образом, «чистая» потеря раба. тоспособности н аппарате 51=(е, — еб — 1„,. (5.32) Эта потеря может происходить только из-за неравиовесности протекающих в аппарате процессов. Чем больше иеравн<>весность, тем больше 51 и меньше полезная работа 1„.„ Если все происходящие в аппарате процессы равновесны, то мы получаем максимально возможную в данных условиях работу: 1„л„г=е, — е . (5.33) Если в тепловой аппарат, производя. щий полезную работу 1„„, входит поток рабочего тела с параметрами рь Т, и подводится теплота а от источника с температурой Т„„, а из аппарата выходит поток рабочего тела с параметрами рь Ть то потери работоспособности составит 51='((е„„+е ) — е„„] — 1„ы (5 34) где е., и е„,„определяются по формуле (5.31), а е«=д~ (1 — Тл)Т«;.). В выражение величины Л1 входят потери работоспособности, обусловленные трением и теплообменом при конечной разности температур, а также потери теплоты аппаратом вследствие теплообмена с окружающей средой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
