Машины для сжатия и расширения газа

Добавил пользователь Алексей Ф.
Обновлено: 20.09.2024

Презентация на тему: " СЖАТИЕ И ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ГАЗОВ Принцип действия и классификация машин для сжатия и перемещения газов. Степень сжатия. Индикаторная диаграмма. Объемный к.п.д." — Транскрипт:

1 СЖАТИЕ И ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ГАЗОВ Принцип действия и классификация машин для сжатия и перемещения газов. Степень сжатия. Индикаторная диаграмма. Объемный к.п.д. и производительность. Многоступенчатое сжатие.

2 Компрессоры Это машины для сжатия и транспортирования газов при давлениях отличных от атмосферного (от 0,001Па до Па ) Степень сжатия с – это отношение конечного давления, создаваемого компрессором, к начальному.

3 Принцип действия и классификация машин для сжатия и перемещения газов Для перемещения газов и паров и их сжатия используют компрессорные машины. Компрессорные машины подразделяются по принципу действия и степени сжатия.

4 Классификация по степени сжатия Степень сжатия – отношение конечного давления газа Р2, создаваемого компрессорной машиной, к начальному давлению Р1. Вентиляторы - низкого давления до 0,01МПа ); Газодувки - ( среднего давления 0,01-0,3 МПа); Компрессоры - (высокого давления от 0,3 МПа); Вакуумные насосы – разряжение от 0,05 МПа)

5 Сжатие и разрежение газов

6 Условия сжатия Сжатие и разрежение газов сопровождается изменением давления и температуры В зависимости от условий сжатия различают: адиабатическое сжатие - процесс при котором тепло, выделяющиеся при сжатии, полностью остается внутри газа, повышая его температуру. Потери тепла в окружающую среду отсутствуют Q=const изотермическое сжатие – это процесс при котором тепло, выделяющееся при сжатии полностью отводится наружу, T=const политропическое сжатие – реальный процесс сжатия газа, при котором одновременно с изменением объема и давления происходит изменение температуры и отвод тепла наружу.

7 Виды сжатия Политропическое – изменяется объем, давление сжимаемого газа, увеличивается температура и часть выделяемого тепла отводится в окружающую среду. Изотермическое (теоретическое) – все тепло, выделяющееся при сжатии, отводится. Адиабатичесное – температура газа увеличивается, все выделяющееся тепло идет на увеличение внутренней энергии.

8 1. Механическая работа, затрачиваемая на сжатие газа, рассчитывается в зависимости от процесса: Изотермический процесс Адиабатический процесс k – показатель адиабаты Определение повышения температуры при адиабатическом сжатии

9 1. Механическая работа, затрачиваемая на сжатие газа, рассчитывается в зависимости от процесса: Политропный процесс n – показатель политропы 1,15 -1,8 для воздуха n ~1,25

10 Классификация по принципу действия Компрессоры объемного (статического) сжатия; Компрессоры динамического сжатия.

11 Компрессоры объемного сжатия Поршневые компрессоры: Простого действия – за один двойной ход поршня происходит одно всасывание и одно нагнетание; Двойного действия – за один двойной ход поршня происходит два всасывания и два нагнетания

13 Ступень сжатия Ступень сжатия – часть компрессорной машины, в которой газ сжимается до конечного или промежуточного давления. По числу ступеней – одноступенчатые и многоступенчатые; Одноступенчатые – газ сжимается до конечного давления в одном или нескольких цилиндрах, работающих параллельно Горизонтальные и вертикальные.

14 Основные характеристики работы компрессоров Относительный объем мертвого пространства- отношение объема мп к объему, описываемому поршнем (0,025- 0,06): Объемный коэффициент компрессора, зависит от и показателя политропы:

15 Основные характеристики работы компрессоров Подача (производительность): теоретическая – действительная-

16 Коэффициент подачи Коэффициент подачи ( )– отношение объема газа, подаваемого в нагнетательный трубопровод, приведенного к условиям всасывания, к объему, описываемому поршнем. Коэффициент подачи учитывает все потери производительности компрессора, как отраженные, так и не отраженные на индикаторной диаграмме.

17 Потери Связанные с уменьшением полезного объема, за счет расширения газа мертвого пространства ( ); Потери производительности за счет неплотностей в кольцах, клапанах, сальниках и т.д.- коэфффициент герметичности ( ); Потери производительности за счет расширения газа при контакте с горячими стенками цилиндра ( )

18 Поршневой компрессор двойного действия

19 Поршневые компрессоры а – одноцилиндровый простого действия б – одноцилиндровый двойного действия 1 – цилиндр, 2 – поршень, 3 – всасывающий клапан, 4 – нагнетательный клапан, 5 – шатун, 6 – кривошип, 7 – маховик, 8 -крейцкопф

20 Поршневые компрессоры в – двухцилиндровый простого действия 1 – цилиндр, 2 – поршень, 3 – всасывающий клапан, 4 – нагнетательный клапан, 5 – шатун, 6 – кривошип, 7 – маховик, 8 -крейцкопф

21 Производительность поршневого компрессора Q λ v – коэффициент подачи, безразмерная величина Z – число всасываний за один ход поршня F – площадь сечения поршня S – ход поршня n– число оборотов вала компрессора в 1 секунду λ v – отношение объема газа, подаваемого компрессором (приведенного к условиям всасывания), к объему, описываемому поршнем. Учитывает все виды потерь производительности λ 0 - объемный к.п.д. компрессора ε - отношение объема вредного (мертвого) пространства цилиндра к объему, описываемому поршнем

22 Критическая температура и давление газов

24 Индикаторная диаграмма поршневого компрессора Снимается при испытании компрессора, представляет собой зависимость между давлением р и объемом V газа, всасываемым и нагнетаемым компрессором за один оборот коленчатого вала а – теоретическая б - рабочая

25 Ступень сжатия Степень сжатия в каждой ступени 2,5-3,5; С увеличением числа ступеней сжатия затраты снижаются, но более 5-6 ступеней приводит к удорожанию стоимости компрессоров и их эксплуатации.

26 Многоступенчатое сжатие Процесс сжатия происходит почти мгновенно, почти адиабатно, и одноступенчатое сжатие приводит к увеличению температуры: Использование многоступенчатого сжатия – процесс почти изотермический. Теоретическая работа сжатия минимальна, если степени сжатия во всех ступенях равны

27 Индикаторная диаграмма многоступенчатого сжатия

28 Многоступенчатые компрессоры а – Тандем – цилиндры расположены по одной оси

29 Многоступенчатые компрессоры б – Компаунд – цилиндры расположены параллельно б – Компаунд – цилиндры расположены параллельно

31 Двухступенчатый поршневой компрессор

36 Роторные компрессоры Роторный компрессор пластинчатого (шиберного) типа Роторный водокольцевой (мокрый) компрессор

37 Компрессор с двухлопастными роторами (газодувка) Роторные компрессоры применяют при средних производительностях (до 5000 – 6000 м3/час) и избыточном давлении до 1 МПа. Принцип действия машин этого типа в том, что при вращении одного или двух тел определенной формы периодически образуется замкнутое пространство, куда засасывается некоторый объем газа низкого давления, сжимается и выталкивается в нагнетательный трубопровод. Недостатки: сложность изготовления и обслуживания высокий уровень шума быстрый износ пластин ротора

38 Центробежные компрессоры По принципу действия аналогичны центробежным насосам К ним относятся: вентиляторы (низкого, среднего, высокого давления) турбогазодувки турбокомпрессоры Вентиляторы низкого давления, Р

39 Турбогазодувки, турбокомпрессоры Одноступенчатые турбогазодувки – разновидность вентиляторов высокого давления, сжимают газ до Па. В многоступенчатых на валу устанавливают 3-4 колеса с лопатками, газ между ступенями не охлаждается, диаметры колес постоянны, но ширина их уменьшается от первого к последнему. Степень сжатия 3 - 3,5. Турбокомпрессоры аналогичны турбогазодувкам, но создают более высокие степени сжатия. Колеса имеют разный диаметр. Диаметр и ширина колеса уменьшаются от первого к последнему. Газ между корпусами охлаждают. Давление нагнетания 2,5 – 3,0 МПа. Применяют при Q=3000 – 6000 m3/час и P=1 – 1,2 МПа (

40 Осевые компрессоры и вентиляторы Осевой (пропеллерный) вентилятор 1 – корпус 2 – рабочее колесо Осевой компрессор 1 – корпус (статор) 2 – ротор с лопатками 3,4 – неподвижные лопатки статора К.п.д. осевых вентиляторов выше, чем центробежных, а напор в 3-4 раза ниже. Осевые компрессоры компактны, имеют высокий к.п.д., обеспечивают высокую производительность более – м3/час, но давление

Компрессорной называют машину, предназначенную для перемещения сжимаемой газообразной среды.

К компрессорным машинам относят:

• вентиляторы (степень повышения давления * — 1,1. 1,15)
• газодувки (степень повышения давления — 1,15. 2,0)
• компрессоры (степень повышения давления больше 2,0)

* Степень повышения давления — отношение давления на выходе к давлению на входе.

Классификация компрессоров

По принципу действия выделяют два типа компрессорных машины — динамические и объемные.

В объемных компрессорах сжатие воздуха происходит в герметичной камере с изменяемым объемом. Линии всасывания и нагнетания объемных компрессоров разделены.

В динамических компрессорах сжатие воздуха происходит за счет увеличения скорости движения газа и последующего превращения кинетической энергии частиц воздуха в энергию давления. В динамических компрессорах линии нагнетания и всасывания сообщаются, а поток частиц газа при работе непрерывен.

Компрессоры объемного действия

• поршневые
  • вертикальные
  • горизонтальные
  • угловые
  с механизмом движения
  • кривошипно-шатунным
  • кулачковым
  • кулисным
  • пластинчатые
    • одноячейковые
    • с катящимся ротором
    • конхоидные
    • многоячейковые
    • винтовые
    • вакуум-компрессоры с частичным сжатием
    • роторно-поршневые
    • трохоидные
    • спиральные
    • без разгрузочной втулки
    • с разгрузочной втулкой
    • двойного действия
    с механизмом движения
    • кривошипно-шатунным
    • кулачковым
    • кулисным

    Компрессоры динамического дейстия

    Применение компрессоров

    Процесс, осуществляемый компрессорными машинами — сжатие и перемещение газов, востребован в различных областях промышленности и техники.

    Сжатый газ является аккумулятором энергии, которая может расходоваться на приведение в движение различных механизмов в пневматическом приводе. Газ в этом случае является кинематическим звеном, а компрессор источником энергии — сжатого воздуха.

    Компрессоры применяются для транспортировки газов по трубопроводам.

    В холодильных установках компрессоры используют для сжатия хладагента.

    Компрессорные машины применяют не только для нагнетания газов, но и для их откачивания и создания вакуума.

    Компрессор

    Компрессор (от лат. compressio — сжатие ) — устройство для сжатия и подачи газов под давлением (воздуха, паров хладагента и т. д.).

    
    

    
    

    Компрессорная установка — совокупность компрессора, привода и вспомогательного оборудования (газоохладителя, осушителя сжатого воздуха и т. д.).

    Компрессоры называются дожимающими, если давление всасываемого газа существенно превышает атмосферное. Производительность компрессоров обычно выражают в единицах объёма газа сжатого в единицу времени (м.куб. в минуту, м.куб. в час). Производительность обычно считают по показателям приведённым к нормальным условиям. При этом различают производительность по входу и по выходу. Эти величины практически равны при маленькой разнице давлений между входом и выходом. При большой разнице у, скажем, поршневых компрессоров, выходная производительность может при тех же оборотах падать более чем в два раза по сравнению с входной производительностью, измеренной при нулевом перепаде давления между входом и выходом.

    Содержание

    Классификация

    Общепринятая классификация механических компрессоров по принципу действия. Под принципом действия понимают основную особенность процесса повышения давления, зависящую от конструкции компрессора.

    Объёмные компрессоры

    Это машины, в которых процесс сжатия происходит в рабочих камерах, изменяющих свой объём периодически, попеременно сообщающихся с входом и выходом компрессора. Объёмные машины по геометрической форме рабочих органов и способу изменения объёма рабочих камер можно разделить на поршневые, мембранные и роторные (винтовые, ротационно-пластинчатые, жидкостно-кольцевые, с катящимся ротором, газодувки Рутс (насос Рутса), спиральные) компрессоры.

    Поршневые компрессоры

    Могут быть одностороннего или двухстороннего действия, крейцкопфные и бескрейцкопфные, смазываемые и без применения смазки (сухого трения или сухого сжатия), (при высоких давлениях сжатия применяются также плунжерные).

    Роторные компрессоры

    К объёмным машинам с вращающим сжимающим элементом (роторным машинам) относятся: винтовые компрессоры, ротационно-пластинчатые, жидкостно-кольцевые и другие конструкции компрессорных машин.

    Лопастные компрессоры

    Машины динамического действия, в которых сжатие газа происходит в результате взаимодействия потока с вращающейся и неподвижной решётками лопастей. Характерной особенностью лопастных машин является отсутствие пульсации развиваемого ими давления. К лопастным относятся осерадиальные, осевые и вихревые машины, лопастные компрессоры также называют турбокомпрессорами.

    Прочая классификация

    По назначению (применению) компрессоры классифицируются по отрасли производства, для которых они предназначены (химические, энергетические, общего назначения и т. д.), по роду сжимаемого газа (воздушный, кислородный, хлорный, азотный, гелиевый и т. д.).

    По способу отвода теплоты — с жидкостным или воздушным охлаждением.

    По типу приводного двигателя — с приводом от электродвигателя, двигателя внутреннего сгорания, паровой или газовой турбины.

    По устройству компрессоры могут быть одноступенчатыми и многоступенчатыми.

    По конечному давлению различают:

    • Вакуум-компрессоры, газодувки — машины, которые отсасывают газ из пространства с давлением ниже атмосферного или выше. Воздуходувки и газодувки подобно вентиляторам создают поток газа, однако, обеспечивая возможность достижения избыточного давления от 10 до 100 кПа (0,1..1 атм.), в некоторых специальных исполнениях — до 200 кПа (2 атм.). В режиме всасывания воздуходувки могут создавать разрежение как правило 10..50 кПа, в отдельных случаях до 90 кПа и работать как вакуумный насос низкого вакуума [1] .
    • Компрессоры низкого давления, предназначенные для нагнетания газа при давлении от 0,15 до 1,2 МПа.
    • Компрессоры среднего давления — от 1,2 до 10 МПа.
    • Компрессоры высокого давления — от 10 до 100 МПа.
    • Компрессоры сверхвысокого давления, предназначенные для сжатия газа выше 100 МПа.

    Старейшие заводы-изготовители компрессорного оборудования СНГ, работающие по сей день

    Литература

    • Абдурашитов С. А. Насосы и компрессоры. — М.: Недра, 1974.
    • Михайлов А. К., Ворошилов В. П. Компрессорные машины. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 288 с. — ISBN 5-283-00090-7.
    • Воронецкий А. В. Современные центробежные компрессоры. — М.: Премиум Инжиниринг, 2007. — 140 с.
    • Шерстюк А. Н., Компрессоры, М.—Л., 1959

    Ссылки

    См. также

    • Гидравлический (масляный) компрессор
    • Спиральный компрессор
    • Поршневой компрессор
    • Винтовой компрессор
    • Мотор-компрессор
    • Холодильный компрессор
    • Воздушный компрессор
    • Газовый компрессор
    • Водокольцевой компрессор
    • Компрессор высокого давления
    • Меха (техника)
    • Вакуумный насос
    • Помпа

    Примечания

    Wikimedia Foundation . 2010 .

    Полезное

    КОМПРЕССОР — (ново лат., от лат. comprimere сжимать, сдавливать). 1) хирургический инструмент, употребляемый для сжатия жил и нервов, чтобы остановить кровотечение и ослабить чувствительность. 2) название всякого прибора, служащего для сжимания мягких частей … Словарь иностранных слов русского языка

    компрессор — уплотнитель, очиститель, нагнетатель Словарь русских синонимов. компрессор сущ., кол во синонимов: 18 • автокомпрессор (1) • … Словарь синонимов

    КОМПРЕССОР — устройство для сжатия и подачи какого либо газа под давлением не ниже 115 кПа. По принципу действия компрессоры аналогичны соответствующим насосам (напр., центробежный компрессор) … Большой Энциклопедический словарь

    Компрессор — Компрессор: машина или ее часть, которая увеличивает давление газообразной рабочей среды. Примечание Компрессор может включать в себя один или несколько каскадов повышения давления. Источник: ДИАГНОСТИРОВАНИЕ МАШИН ПО РАБОЧИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ.… … Официальная терминология

    компрессор — Ндп. нагнетатель воздуходувка газодувка эксгаустер Энергетическая машина или устройство для повышения давления и перемещения газа или их смесей (рабочей среды). [ГОСТ 28567 90] Недопустимые, нерекомендуемые… … Справочник технического переводчика

    КОМПРЕССОР — (от латинского compressio сжатие), машина для сжатия (компрессии) воздуха или газа до избыточного давления не ниже 0,015 МПа. По устройству различают объемные (поршневые и ротационные), в которых сжатие происходит при уменьшении объема,… … Современная энциклопедия

    КОМПРЕССОР — КОМПРЕССОР, устройство, которое нагнетает газ или воздух под давлением. Компрессоры используют в доменных печах, вентиляционных и холодильных системах, в пневматических механизмах, а также для надувания автомобильных шин. Основными типами… … Научно-технический энциклопедический словарь

    КОМПРЕССОР — КОМПРЕССОР, компрессора, муж. (лат. compressor). 1. Машина для сжатия воздуха или другого газа (тех.). 2. Инструмент, которым зажимают кровеносный сосуд во время операции (мед.). Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова

    КОМПРЕССОР — КОМПРЕССОР, а, муж. Машина для сжатия воздуха, газов, паров до избыточного давления. Воздушный, кислородный к. Поршневой, ротационный к. | прил. компрессорный, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

    КОМПРЕССОР — (Air compressor) машина для получения сжатого воздуха. Состоит из цилиндра, внутри которого движется поршень. При переменно возвратном движении поршня воздух то засасывается через впускные клапаны, то сжимается и выталкивается через выпускные… … Морской словарь

    КОМПРЕССОР — машина для получения сжатого воздуха. Различают два основных типа К.: поршневые и турбинные. В зависимости от установки К. бывают стационарные и передвижные. Все конструкции К. в общем сходны с конструкциями водяных насосов, однако сжимаемость… … Технический железнодорожный словарь

    Принцип действия и классификация компрессорных машин

    Компрессоры, различные по давлению, производительности, сжимаемой среде, условиям окружающей среды, имеют большое разнообразие конструкций и типов. Компрессоры классифицируются по ряду характерных признаков.

    По принципу действия компрессоры подразделяются на объемные и лопастные. Под принципом действия понимают основную особенность процесса повышения давления, зависящую от конструкции компрессора (рис. 1.1).

    Объемный компрессор— это машина, в которой процесс сжатия происходит в рабочих камерах, изменяющих свой объем периодически, попеременно сообщающихся с входом и выходом компрессора. Объемные машины по геометрической форме рабочих органов и способу изменения объема рабочих камер можно разделить на поршневые и роторные компрессоры.

    Поршневые компрессоры могут быть одностороннего или двухстороннего действия, крейцкопфные и бескрейцкопфные, смазываемые и без применения смазки (сухого трения). На рис. 1.2 показаны различные конструктивные схемы поршневых компрессоров.

    В поршневом компрессоре сжатие газа осуществляется перемещением поршня, совершающего возвратно-поступательное движение. Возвратно-поступательное движение рабочих органов имеют также свободно-поршневые и мембранные компрессоры. На рис. 1.3 дана схема мембранного компрессора.

    В свободно-поршневом компрессоре передача движения от двигателя к сжимаемому элементу осуществляется без механизма передачи движения. В мембранном компрессоре уменьшение объема газа осуществляется перемещением сжимающего элемента — ротора, совершающего вращательное или кача-тельное движение.

    К объемным машинам с вращающим сжимающим элементом (роторным машинам) относятся: винтовые, ротационно-пластинчатые, жидкостно-кольцевые и другие конструкции компрессорных машин (рис. 1.4).

    Лопастной компрессор — машина динамического действия, в которой 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 компрессорам относятся радиальные (центробежные), радиальноосевые (диагональные), осевые (рис. 1.5).

    В центробежном компрессоре поток движется в основном от центра к периферии. В осевом компрессоре поток газа движется вдоль оси ротора.

    По назначению компрессоры классифицируются по отрасли производства, для которых они предназначены (химические, энергетические, общего назначения и т. д.), по роду сжимаемого газа (воздушный, кислородный, хлорный, азотный, гелиевый и т. д.), по непосредственному назначению (пускового воздуха, тормозные и т. д.).

    По конечному давлению различают:

    • вакуум-компрессоры — машины, которые отсасывают газ из пространства с давлением ниже атмосферного или выше;
    • компрессоры низкого давления, предназначенные для нагнетания газа при давлении от 0,15 до 1,2 МПа, среднего — от 1,2 до 10 МПа, высокого — от 10 до 100 МПа и сверхвысокого давления, предназначенные для сжатия газа выше 100 МПа.

    Компрессоры называются дожимающими, если давление всасываемого газа существенно превышает атмосферное. Производительность компрессоров обычно выражают в единицах объема газа, приведенного к нормальным условиям.

    По способу отвода теплоты — с водяным и воздушным охлаждением.

    По типу приводного двигателя — с приводом от электродвигателя, двигателя внутреннего сгорания, паровой или газовой турбины.

    Для удобства монтажа и уменьшения габаритов компрессорной установки применяются электродвигатели, ротор которых является валом компрессора (моноблочный принцип).

    Расчет, конструирование и эксплуатация компрессора ведутся с учетом свойств газа, для сжатия которого предназначен данный компрессор.

    Свойства сжимаемого газа определяют размеры и конструкцию главных узлов и деталей компрессора; например, при сжатии пожароопасных газов (кислород, водород, углеводородные газы и др.) необходимо обеспечение повышенной герметичности компрессора и взрывобезопасности двигателя, систем защиты и управления. При сжатии газов> отличающихся токсичностью (оксид углерода, хлор и др.) и повышенной текучестью (гелий), главное требование — герметичность компрессора. При сжатии газов с коррозионными свойствами (сероводород, хлор и др.) необходимо применение специальных материалов для деталей газового такта компрессора.

    Некоторые газы активно вступают в химическую реакцию с минеральным маслом (например, кислород), растворяют минеральное масло, или смывают его с трущихся поверхностей узлов компрессора (например, углеводородные газы и их смеси), поэтому необходимо применение специальной смазки или выполнение конструкции компрессора, не требующей смазки.

    Свойства часто встречающихся газов приведены в приложении.

    Наибольшее распространение в криогенной технике получили воздушные, кислородные, азотоводородные, водородные, гелиевые компрессоры. Поэтому укажем состав воздуха, содержащий основные газы, используемые в криотехнике (табл. 1.1).

    Воздух считается чистым, если содержание пыли в нем менее 25 мг/м³. Воздух содержит пары воды, количество которых определяется его температурой и относительной влажностью. Давление атмосферного воздуха зависит от высоты над уровнем моря и колебаний барометрического давления, достигающих 2,5%. На высоте 1000 м, например, атмосферное давление ниже давления на уровне моря приблизительно на 13,5 %.

    Процессы всасывания, сжатия и расширения в поршневом компрессоре

    Рабочие процессы. Поршневой компрессор — объемная машина, у которой всасывание, сжатие и вытеснение газа производятся поршнем, перемещающимся в цилиндре возвратно-поступательно (рис. 3.1).

    Наиболее распространены поршневые компрессоры с приводом от электродвигателя. В этом случае преобразование вращательного движения вала двигателя в возвратнопоступательное движение поршня происходит при помощи кривошипно-шатунного механизма, состоящего в общем случае из вала с кривошипом (или коленом), шатуна и крейцкопфа (ползуна) (рис. 3.2,6).

    В ряде конструкций ползун (крейцкопф) отсутствует и его назначение — спрямлять движение — выполняет поршень удлиненной формы (рис. 3.2,а). Поэтому различают два конструктивных типа поршневого компрессора — крейцкопфные и бескрейцкопфные.

    В теории машин и механизмов отмечаются два характерных положения кривошипно-шатунного механизма, наблюдающиеся в те моменты, когда геометрическая ось шатуна пересекает плоскость кривошипа (колена). Такие положениямеханизма называются мертвыми, а соответственно положения поршня мертвыми точками.

    В последующем положение поршня в момент его наибольшего удаления от вала будем называть верхней мертвой точкой (ВМТ), соответственно наименьшее удаление поршня — нижней

    мертвой точкой (НМТ). Расстояние между мертвыми точками для рабочей полости цилиндра равно ходу поршня s, который равен двум радиусам кривошипа 2г. Как видно из схем рис. 3.2, поршень может работать одной стороной (а) или двумя сторонами (б). Поэтому различают поршневые компрессоры двух типов: одностороннего и двухстороннего действия.

    Крейцкопфные компрессоры могут быть как с цилиндрами двухстороннего действия, так и с цилиндрами одностороннего действия.

    Бескрейцкопфные компрессоры выполняются только с цилиндрами одностороннего действия.

    Торцевая поверхность поршня 7 (со стороны клапанов), поверхность клапанной коробки вместе с клапанами 3 и 5, внутренняя поверхность цилиндра 8 образуют рабочую полость цилиндра бескрейц-копфного компрессора простого действия (рис. 3.2, а). Поршень 7 совершает возвратно-поступательное движение, которое обеспечивается кривошипно-шатунным механизмом. При движении поршня от крайнего левого положения в цилиндре создается разрежение. Под действием разности давлений всасывающий клапан 5 открывается и газ поступает в цилиндр. Поступление газа в цилиндр продолжается до тех пор, пока поршень не придет в крайнее правое положение. В этот момент клапан 5 закрывается. Процесс всасывания заканчивается.

    а — бескрейцкопфного; б — крейцкопфного; 1 — коленчатый вал; 2 — шатун; 3 и 5 — клапаны нагнетательный и всасывающий; 4 и 6 — нагнетательный и всасывающий патрубки; 7 — поршень; 6 — цилиндр; 9 — шток; 10 — крейцкопф; 11 — направляющие крейцкопфа

    При движении поршня к ВМТ начинает уменьшаться рабочая полость цилиндра и повышается давление в цилиндре. Происходит процесс сжатия газа. Когда давление в цилиндре превысит давление за нагнетательным клапаном 3, последний под действием разности давлений открывается и происходит нагнетание газа в нагнетательный патрубок.

    Нагнетание происходит до тех пор, пока поршень не придет в крайнее левое положение. Объем газа в цилиндре компрессора в этот момент минимальный — это мертвый объем. Газ находится в мертвом объеме под давлением, и, когда происходит движение поршня от ВМТ к НМТ, газ расширяется, занимая некоторую долю рабочего объема цилиндра. Процесс расширения газа из мертвого объема называется процессом обратного расширения.

    По такой схеме выполняются обычно компрессоры малой производительности.

    Цилиндры, в которых рабочие процессы происходят по обе стороны, называются цилиндрами двухстороннего действия. Рабочие процессы в цилиндрах двухстороннего действия происходят одновременно в обеих полостях, но процессы смещены по времени на продолжительность хода поршня. Передача движения от кривошипно-шатунного механизма к поршню осуществляется через шток 9 и крейцкопф (ползун) 10, который движется в специальных направляющих 11 (рис. 3.2,6).

    В тех случаях, когда требуемое давление газа не может быть получено сжатием в одном цилиндре, применяются компрессоры со ступенями давления, называемые многоступенчатыми. В- таких компрессорах сжатие происходит многократно в последовательно соединенных цилиндрах, разобщенных клапанами. Между цилиндрами поток газа проходит через межсту-пенные охладители. В некоторых конструкциях многоступенчатое сжатие достигается в одном цилиндре поршнем с несколькими диаметрами.

    Ступень цилиндра состоит из рабочего цилиндра, поршня и системы клапанов. Рабочий объем ступени поршневого компрессора характеризуется объемом, который поршень описывает за один ход или за единицу времени.

    Ступень поршневого компрессора имеет мертвое пространство с объемом VM. Это — объем газа между крышкой цилиндра и поршнем, в зазоре между поршнем и рабочей поверхностью цилиндра, в клапанных гнездах и в самих клапанах, в выемках и каналах поршня и цилиндра. Мертвое пространство необходимо для исключения удара поршня о крышку из-за температурных деформаций деталей механизма движения и штока или при избытке смазки. Осевой зазор между крышкой и торцом поршня 5Л, называемый линейным мертвым пространством, мм, принимается равным
    sπ = 0,5 + 0,005s.

    Относительное мертвое пространство — отношение объема мертвого пространства к объему, описанному поршнем за один его ход:
    aм = Vm/Vk.

    Объемная производительность компрессора V, м³/с, м³/мин, м³/ч,— объем нагнетаемого газа в единицу времени, приведенный к условиям всасывания, т.е. к давлению и температуре во всасывающем патрубке компрессора.

    Массовая производительность т, кг/с, кг/мин, кг/ч, представляет собой произведение объемной производительности V на плотность газа во всасывающем патрубке р: т — pV, где р определяется уравнением состояния.

    Приведенная производительность (подача) компрессора Vo — объем сухого газа, нагнетаемый в единицу времени, приведенный к нормальным условиям. Нормальные условия — атмосферное давление Ро = 0,1013 МПа и температура То — 273 К.

    Приведенная производительность не включает объем водяных паров во всасываемом газе и поэтому представляет интерес для потребителя, поскольку определяет количество только сухого газа.

    Объемная производительность, как и массовая, зависит от внешних условий, поэтому не может служить расчетным параметром компрессора. Если известны относительный объем сухого газа в общем объеме всасываемого газа давление и температура газа во всасывающем патрубке рвс и Гвс и объемная производительность V, то приведенная производительность компрессора может быть определена по формуле.

    Теоретический процесс. Совокупность процессов всасывания, сжатия и нагнетания газа составляет для каждой ступени рабочий; процесс. Поскольку процесс ступени многоступенчатого компрессора не

    отличается от процесса одноступенчатого компрессора, многоступенчатый компрессор может рассматриваться как совокупность последовательно соединенных одноступенчатых компрессоров, между которыми установлены промежуточные холодильники.

    Рассмотрим теоретический процесс ступени, введя следующие допущения:

    • а) отсутствует мертвое пространство;
    • б) нет потерь в потоке газа при всасывании и нагнетании;
    • в) отсутствует теплообмен между газом и стенками, с которыми газ соприкасается при всасывании и нагнетании;
    • г) отсутствуют неплотности в клапанах, поршневых и сальниковых уплотнениях, и, следовательно, нет перетечек и утечек газа;
    • д) всасывающие клапаны открываются в НМТ и закрываются в ВМТ мгновенно. Нагнетательные клапаны открываются при давлении в цилиндре, равном давлению в нагнетательном патрубке, и закрываются в ВМТ;
    • е) отсутствует трение между движущимися деталями поршневой группы.

    Теоретический процесс ступени компрессора представлен на рис. 3.3.

    Линия 4-1 представляет собой процесс всасывания при постоянном давлении р11 линия 1-2 — процесс сжатия в рабочей полости цилиндра от давления р1 до давления р2; линия 2-3 — процесс нагнетания газа при постоянном давлении р2. При всасывании газ перемещается из приемной емкости в рабочую полость цилиндра, при нагнетании газ перемещается из рабочей полости цилиндра в газопровод.

    В момент начала движения поршня от ВМТ к НМТ (точка 4) открывается всасывающий клапан и на всем ходу поршня) осуществляется всасывание. В момент перемены направления движения поршня (от НМТ к ВМТ) всасывающий клапан закрывается и начинается сжатие (точка 1), которое заканчивается при давлении газа в цилиндре, равном давлению газа за нагнетательным клапаном (точка 2). На оставшейся части хода при движении поршня от НМТ к ВМТ осуществляется нагнетание, которое заканчивается при положении поршня в ВМТ (точка 3). В момент начала движения от ВМТ к НМТ нагнетательный клапан закрывается, давление газа в цилиндре резко падает до давления ри всасывающий клапан открывается и начинается всасывание.

    Процессы всасывания и нагнетания происходят теоретически при постоянных удельных объемах v1 и v2f и поэтому невозможно изобразить процесс ступени компрессора в термодинамической системе р, координат, где v = var. Следует принять для изображения процесса компрессора систему р, 1/-координат, в которой V — переменный объем газа в рабочем пространстве цилиндра. Диаграмма, построенная в р, V-координатах, называется индикаторной.

    Площадь индикаторной диаграммы определяется произведением давления и объема и, следовательно, по размерности является работой компрессорного процесса за один оборот вала (за два хода поршня). Это внутренняя работа L совершается поршнем в цилиндре компрессора. Эта работа выражается площадью, ограниченной линиями 1-2, 2-Зк 3-4 и 4-1. Принимают работу, отдаваемую газу в компрессоре, положительной (процессы сжатия и нагнетания), а работу, получаемую от газа в компрессоре,— отрицательной (процесс всасывания).

    Действительный процесс. В ступени, работающей по действительному циклу, в отличие от теоретического:

    • а) имеется мертвое пространство, в котором периодически происходит расширение газа;
    • б) имеют место потери энергии при всасывании и нагнетании;
    • в) давление и температура газа в процессах всасывания и нагнетания непостоянны;
    • г) в клапанах, поршневых и сальниковых уплотнениях вследствие неплотностей возникают пере-течки и утечки газа;
    • д) в процессах расширения и сжатия между газом и стенками, с которыми он соприкасается, происходит темплообмен, интенсивность которого и, следовательно, показатели политроп процессов изменяются;
    • е) во всех процессах (всасывание, сжатие, нагнетание и расширение) имеет место тепловая инерция, оказывающая существенное влияние на теплообмен между газом и стенками;
    • ж) клапаны вследствие пульсации потока газа, прихватывания запорного органа к седлу, слабины или излишней жесткости пружин и т. д. не открываются и не закрываются мгновенно;
    • з) энергия, затрачиваемая на трение между движущимися и неподвижными деталями цилиндровопоршневой группы, преобразуется в тепло, воспринимаемое стенками и газом.

    Индикаторная диаграмма поршневого компрессора

    Графическая зависимость давления газа в цилиндре компрессора от положения поршня за оборот вала называется индикаторной диаграммой. Обычно по горизонтальной оси откладывают в масштабе длину пути поршня или объем, им описываемый, а по вертикальной оси — давление газа в цилиндре. Иногда индикаторную диаграмму строят в р, а-координатах, где а — угол поворота коленчатого вала от мертвого положения.

    Площадь индикаторной диаграммы, построенной в определенном масштабе в р, ^-координатах, пропорциональна работе и мощности компрессора за один оборот вала. Индикаторная диаграмма получила свое название от индикаторного устройства, с помощью которого она получается и строится в р, V-коор-динатах.

    Действительная индикаторная диаграмма ступени компрессора изображена на рис. 3.5. Точка d на диаграмме соответствует началу открытия, точка а — закрытию всасывающего клапана. Началу открытия нагнетательного клапана на диаграмме соответствует точка Ь, его закрытию — точка с. Линия d-a изображает на диаграмме процесс всасывания, а-Ь — процесс сжатия, Ь-с — процесс нагнетания и c-d — процесс расширения газа, находящегося в мертвом пространстве. Изменение температуры всасывания газа происходит из-за его подогрева горячими стенками рабочей полости и превращения в теплоту работы дросселирования газа через всасывающие клапаны. Изменение давления газа в процессе всасывания связано с неравномерностью движения поршня, а также из-за изменения проходных сечений клапана в периоды открытия и закрытия.

    На процесс сжатия влияют утечки и перетечки газа через неплотности клапанов, поршневых и сальниковых уплотнений. В начале сжатия температура газа ниже температуры стенок рабочей полости из-за тепловой инерции. Поэтому начальный период процесса сжатия происходит с подводом теплоты к тазу (показатель политропы сжатия п на данном участке процесса

    Ниже показателя изоэнтропы k). При сжатии газа температура его возрастает и наступает момент, когда температура газа становится равной температуре стенок (п — k). При дальнейшем сжатии газа его температура превышает температуру стенок рабочей полости, и поэтому процесс сжатия происходит с отводом теплоты от газа (п>к).

    Процесс нагнетания, как и процесс всасывания, протекает при переменных массе, температуре и давлении газа. Процесс расширения, как и процесс сжатия, протекает практически при постоянной массе газа и переменном показателе политропы п.

    При анализе индикаторных диаграмм и выполнении термодинамических расчетов поршневого компрессора пользуются политропой конечных параметров, которая представляет собой условную политро-пическую зависимость с постоянным показателем. Политропа конечных параметров отличается тем, что параметры газа в начале и в конце процесса совпадают с параметрами газа, определяемыми действительной политропой. По политропе конечных параметров определяются параметры газа в конце процесса, если известны параметры в начале процесса. Для вычисления работы, затрачиваемой в действительном цикле, удобно пользоваться эквивалентными политропами, которые в современных поршневых компрессорах можно считать изоэнтропами (рис. 3.6).

    Рис. 3.6. Кривые сжатия и расширения в сопоставлении с эквивалентными политропами (изоэнтропами) и политропами конечных параметров

    Коэффициент наполнения ступени поршневого компрессора

    точки 2', 2", 2'", 3', 3", 3"' соответствуют различным давлениям нагнетания, точки 4', 4", 4"' соответствуют разным объемам всасывания, и зависимость (б) объемного коэффициента (а).

    Многоступенчатое сжатие в поршневом компрессоре

    При большом отношении давлений поршневой компрессор выполняется многоступенчатым. 7/5-диаграмма многоступенчатого компрессора приведена на рис. 2.5.

    Газ после сжатия в первой ступени направляется в промежуточный холодильник, из которого поступает во вторую ступень. После сжатия во второй ступени газ снова направляется в холодильник, из которого поступает в третью ступень и т.д.

    В многоступенчатом процессе политропное или изоэнтропное сжатие в каждой ступени дополняется изобарным охлаждением в промежуточном холодильнике. Можно представить процесс, состоящий из одноступенчатых (рис. 3.11), и сумма работ будет равна работе многоступенчатого сжатия.

    Многоступенчатое сжатие с промежуточным охлаждением дает возможность приблизить процесс к изотермическому с минимальной затрачиваемой работой и исключает возможность повышения температуры сжимаемого газа до величины, недопустимой с точки зрения безопасности эксплуатации компрессора. При высокой температуре может начаться разложение масла и износ трущихся поверхностей. Большую опасность при высоких температурах представляет масляный нагар, образующийся в цилиндрах и трубопроводах компрессора.

    Под влиянием статического электричества нагар начинает тлеть и при наличии кислорода в газе воспламеняются пары масла, находящиеся в нем, в результате чего происходит взрыв. Поэтому допустимая температура газа в компрессоре для воздуха составляет не более 453 К, что ниже температуры вспышки паров масла, употребляемого для смазки узла цилиндра компрессора.

    Переход на многоступенчатое сжатие позволяет также снизить поршневые силы и соответственно уменьшить массу и габариты компрессора.

    Объемный коэффициент ступени зависит от отношения давлений. Выполнение компрессора одноступенчатым при больших отношениях давления из-за малого объемного коэффициента Х0 может привести к недопустимому увеличению размеров и массы.

    Выбор оптимального числа ступеней поршневого компрессора

    Теоретически процесс охлаждаемого компрессора с увеличением числа ступеней приближается к наиболее экономичному — изотермическому. Однако в действительном многоступенчатом компрессоре с увеличением числа ступеней будут возрастать потери давления в участках газового тракта и, следовательно, будут возрастать потери энергии. В связи с этим выигрыш в потребляемой мощности от приближения цикла компрессора к изотермическому уменьшается.

    Таким образом, увеличение количества ступеней, с одной стороны, повышает экономичность многоступенчатого компрессора из-за приближения его цикла к изотермическому, а с другой — уменьшает экономичность из-за возрастания потерь энергии в газовом тракте. Компрессор с большим количеством ступеней с конструктивной точки зрения более сложен, поэтому требует больших затрат при изготовлении и эксплуатации. Эти обстоятельства должны учитываться при выборе числа ступеней многоступенчатого компрессора. Компрессоры выполняются с различным количеством ступеней соответственно табл. 3.2 для двухатомных газов (k = 1,4).

    Если для оценки экономичности сжатия воспользоваться изотермическим индикаторным коэффициентом полезного действия г\пз. ИНд, представляющим собой отношение работы в изотермическом процессе к суммарной индикаторной работе в многоступенчатом компрессоре, оптимальное количество ступеней такого компрессора должно соответствовать максимуму Г)из- инд.

    Зависимость тз-инд от конечного давления для компрессоров с различным числом ступеней z для двухатомных газов представлена на рис. 3.13.

    В многоступенчатых компрессорах, предназначенных для сжатия многоатомных газов, имеющих более высокую плотность, число ступеней должно быть меньшим, чем определенное по графику, изображенному на рис. 3.13. В компрессорах, предназначенных для сжатия водорода, гелия и других газов с малой плотностью, число ступеней должно быть большим, чем определенное по графику.

    В теории компрессорных машин, работающих в условиях, когда можно пренебречь межмолекулярными силами и размерами молекул, используется уравнение состояния идеального газа.

    При сжатии воздуха и его составляющих (азот, кислород, аргон, водород, гелий и др.) в области давлений до 10 МПа и температур более 273 К применение уравнения дает погрешность не более 2%.

    При более высоких давлениях сжатия сказывается объем молекул газа и влияние силы межмолекулярного притяжения. Многоатомные газы и пары при давлениях и температурах, близких к критическим, не следуют уравнению состояния идеального газа. В этом случае газ рассматривается как реальный.

    Объем реального газа при низких давлениях и температурах из-за. взаимного притяжения молекул меньше, чем у идеального газа, а при высоких давлениях больше, чем у идеального при влиянии собственного объема молекул. Избыточный объем газа, учитывающий объем молекул и влияние сил межмолекулярного притяжения, равен разности при одинаковых условиях.

    Значения коэффициента и показателя отклонения сжимаемости Р в зависимости от давления и температуры для ряда газов приведены на рис 2.1 и в приложении П.З.

    Для газовой смеси, если ее компоненты в процессе сжатия не конденсируются и не вступают друг с другом в химическую реакцию, справедливы уравнения состояния идеального и реального газов, приведенные выше. Использование этих уравнений возможно, если известны значения газовой постоянной смеси Rcm и коэффициента сжимаемости смеси 5см.

    Использование правила аддитивности для определения коэффициента ξсм дает надежные результаты только в тех случаях, когда значения коэффициентов сжимаемости отдельных газов, составляющих смесь, близки друг к другу. Если же они существенно отличаются друг от друга, сумма парциальных объемов отдельных газов, составляющих газовую смесь, будет отличаться от объема смеси и поэтому значение, найденное по (2.10), будет неточным.

    Для более точного определения может быть рекомендован метод, основанный на использовании закона соответственных состояний.

    Процессы сжатия в компрессорных машинах

    Процессы сжатия газа в компрессорных машинах обычно рассматриваются в системах Т, s- и р, υ-координат.

    Термодинамический рабочий процесс компрессора протекает по политропе и описывается уравнением р/рη — const.

    Для начальных и конечных параметров сжимаемого газа в изо-энтропном процессе (рис. 2.2) повышение температуры пропорционально увеличению давления и зависит от показателя k:

    В теории компрессорных машин рассматриваются так называемые эталонные процессы: для машин без внутреннего охлаждения (лопастной компрессор)—адиабатный процесс; для машин с внутренним охлаждением (поршневой компрессор, многоступенчатый компрессор) — изотермический процесс.

    Действительные рабочие процессы характеризуются наличием теплообмена с окружающей средой, а также наличием внутреннего теплопритока в результате работы сил трения в процессе сжатия газа.

    Пренебрегая теплообменом с окружающей средой и работой сил трения в ступени центробежного компрессора, получаем эталонный процесс сжатия — изоэнтропное сжатие (n = k) (адиабатное сжатие без учета работы сил трения). Рабочим процессом ступени центробежного компрессора считается по-литропное сжатие с учетом работы сил трения (n>k)y если пренебречь теплообменом с окружающей средой. Эталонным процессом охлаждаемых машин считается изотермический, а рабочим процессом — политропный, проходящий с охлаждением (рис. 2.3).

    Изотермический процесс сжатия газа в компрессоре изображен на рис. 2.3 горизонтальной линией при Т = const pv — const.

    Уравнения сохранения энергии в компрессорных машинах

    Энергия, сообщенная сжимаемому газу в компрессоре, расходуется на изменение энтальпии газа, кинетической и потенциальной энергии его и на покрытие тепловых потерь в окружающую среду. Пренебрегая изменением потенциальной энергии положения, дифференциальное уравнение энергии потока газа, отнесенное к 1 Кг массы газа, Дж/кг, можно записать, где dLi — элементарная энергия, сообщенная газу; dh — изменение энтальпии газа; d(c2/2) — изменение кинетической энергии газа; dqo — отведенное от газа количество теплоты. Интегрируя от входа до выхода компрессора получаем, что

    Для неохлаждаемой ступени лопастного компрессора, если пренебречь теплообменом с окружающей средой,
    где Li — внутренняя удельная работа лопастного компрессора. Энергия газового потока характеризуется единым параметром, называемым полная энтальпия:
    Полная энтальпия h* и полная температура T* соответствуют так называемому полному давлению р*, которое имел бы газ при преобразованной без потерь кинетической энергии (адиабатный поток).

    Движение реального (вязкого) газа сопровождается внутренними потерями энергии на трение и вихреобразование в рабочих органах компрессора. Энергия, израсходованная на трение и вихреобразование, Lr полностью превращается в тепловую энергию qr и передается потоку газа.

    Уравнение сохранения энергии (первый закон термодинамики) имеет вид
    dq = du + pdv,
    где dq — элементарное количество теплоты, сообщенное газу; du — элементарное изменение внутренней энергии газа; pdv — элементарная внешняя работа газового процесса.

    Известно, что для идеального газа
    dh = du + d(pv) = du + pdv + vdp или
    du = dq — pdv — vdp.

    Подставим значение du в уравнение:
    dq = dh — vdp,
    где vdp — элементарная работа сжатия и перемещения газа.

    В общем случае величина dq в компрессоре равна
    dq = dqr — dq0
    где dqr = dLr — элементарное количество теплоты, сообщенной газу вследствие потерь на трение и вихреобразование; dq0 — элементарное количество теплоты, отведенной от. газа. Из уравнений следует
    vdp + dLr = dh + dq0.

    Рассмотренные уравнения энергии используются в теории и расчетах компрессорных машин.

    Охлаждение газа в компрессоре

    Охлаждение газа в компрессоре уменьшает работу сжатия. При этом температура сжимаемого газа уменьшается до допустимых значений. Охлаждение в процессе сжатия обычно применяется при относительно высокой степени сжатия на ступень (поршневые компрессоры) или при большом значении показателя адиабаты (газы с большой молекулярной массой).

    В компрессоростроении применяются следующие способы охлаждения сжимаемого газа: внутреннее, внешнее, комбинированное и предварительное, а также охлаждение путем впрыска охлаждающей среды в проточную часть машины.

    Внутреннее охлаждение осуществляется непосредственно в процессе сжатия газа путем охлаждения стенок рабочих органов компрессора и обычно применяется в объемных машинах (поршневые, винтовые, ротационные и др. компрессоры) . Охлаждаемая среда — обычно вода или окружающий воздух.

    В лопастных компрессорах внутреннее охлаждение применяется редко по ряду причин: увеличиваются размеры компрессора и компрессорной установки, увеличиваются гидравлические потери в неподвижных элементах рабочих органов из-за увеличения поверхности охлаждения, возможна конденсация влаги, имеющейся в сжимаемом газе и др.

    Внешнее охлаждение газа осуществляется в межступенных холодильниках, расположенных вне проточной части компрессора. Сжатый газ охлаждается во внешнем холодильнике при некотором снижении давления из-за гидравлических потерь в холодильнике почти до первоначальной температуры.

    На рис. 1.10 показана схема трехступенчатого поршневого компрессора с двумя промежуточными (межступенчатыми холодильниками). На рис. 2.5 показана Т, s-диаграмма рабочего процесса сжатия вышеуказанного компрессора при условии, что газ сжимается в отдельных ступенях по политропе п > k и охлаждается почти до первоначальной температуры в каждой ступени без потерь давления в холодильниках, т. е. при р = const. Заштрихованная площадь диаграмм соответствует уменьшению подводимой энергии на сжатие газа при межступенном охлаждении. Имеющаяся в сжимаемом газе влага конденсируется в межступенных холодильниках и удаляется.

    Рис. 2.5. Т, s-диаграмма трехсекционного лопастного компрессора с промежуточным охлаждением

    Комбинированное охлаждение предусматривает применение одновременно внутреннего и внешнего охлаждения (поршневые, винтовые и другие компрессоры объемного типа). На рис. 2.6 показана Т, s-диаграмма различных процессов сжатия в компрессоре.

    Предварительное охлаждение целесообразно применять, когда имеется существенная разница между температурой всасываемого газа и охлаждающей водой. Установленный перед компрессором холодильник, снижая температуру поступающего газа, увеличивает плотность, массовый расход и потребляемую мощность. С энергетической точки зрения предварительное охлаждение нерационально, так как экономия работы сжатия за счет охлаждения невелика из-за повышения потребляемой мощности при увеличении плотности газа.

    Применение промежуточных холодильников увеличивает металлоемкость и усложняет конструкцию машины, повышает ее себестоимость на 20—30 % по сравнению с неох-лаждаемыми компрессорами. Использование охлаждающей воды увеличивает эксплуатационные затраты. Применение охлаждения газа должно основываться на результатах технико-экономических расчетов. Считается возможным изготовлять неохлаждаемые компрессоры стационарного типа с 8

    Граница экономической целесообразности охлаждения зависит и от показателя адиабаты. Например, при сжатии гелия (k = 1,66) охлаждение целесообразно при е > 2, а при сжатии пропана или фреона-12 (k = 1,14) при е > 10. При дефиците воды используется воздушное охлаждение.

    Теплоту, отводимую от компрессоров, можно иногда использовать в качестве вторичных энергетических ресурсов для обогрева теплиц, зданий и др.

    Охлаждение впрыском жидкости в поток перекачиваемого газа можно применять, если впрыскиваемая жидкость существенно не влияет на свойства перекачиваемых газов (вода — воздух; жидкий аммиак — аммиак; слабый раствор азотной кислоты — нитрозный газ). Охлаждение газа происходит за счет теплоты испарения жидкости. Жидкость от постороннего источника через распыливающие форсунки впрыскивается непосредственно в проточную часть компрессора. Например, при впрыскивании 1% по массе воды температура сжимаемого воздуха снижается примерно на 25°С.

    При применении предварительного охлаждения газа обычно приходится использовать специальную холодильную установку. Так, например, на компрессорных станциях магистральных северных газопроводов газ предварительно охлаждается во избежание подтаивания грунта в зоне трубопровода.

    Влияние начального давления на работу сжатия компрессора

    Давление всасывания воздушного компрессора зависит от барометрического давления, определяемого высотой установки компрессора над уровнем моря. Для дожимающих и циркуляционных компрессоров давление всасывания может изменяться в широких пределах в соответствии с требованиями

    технологических процессов. Поэтому необходимо определить, как зависит работа, затрачиваемая на сжатие газа в ступени компрессора, от давления всасывания.

    Для определения отношения давления, соответствующего максимуму работы, продифференцируем зависимость.

    Применение тепловых диаграмм при расчете поршневого компрессора

    Выполнение теплового расчета поршневого компрессора с использованием тепловых s, Т- и s, ft-диаграмм позволяет существенно упростить расчет. На s, 7-диаграмму (рис. 2.8) наносятся изобары (р = — const), а также линии постоянной энтальпии (h — const).

    Удельная энтальпия идеального газа зависит только от температуры. Удельная энтальпия реального газа зависит от температуры и давления, поэтому линии постоянной энтальпии представляют собой кривые, которые с уменьшением энтропии в области относительно низких давлений.

    Линия, разграничивающая эти области и проходящая через точку К, соответствующую состоянию газа, при котором ε == 1, называется кривой инверсии.

    Параметры реального газа на этой кривой подчиняются уравнению состояния идеального газа. Область диаграмм, расположенная справа от кривой инверсии, соответствует состояниям, при которых дросселирование газа от давления Pi до давления р2 приводит к снижению температуры на A7 = 7i — Т2. Для состояний газа, охватываемых областью диаграмм слева от кривой инверсии, характерно повышение температуры при дросселировании.

    На диаграмме имеется граничная кривая, проходящая через точку К. и соответствующая критическим параметрам состояния газа; она разграничивает диаграмму на две области. Над кривой находится область сухого пара или газа; под кривой — область влажного пара или газа.

    Ha s, Т-диаграмме q изображается площадью под линией процесса, ограниченной двумя ординатами. Энтропия газа возрастает, если процесс изменения его состояния осуществляется с подводом теплоты, и убывает, если этот процесс происходит с отводом теплоты. В случае же, еслц процесс изменения состояния газа идет без теплообмена (и без потерь), энтропия газа не изменяется.

    На диаграмме показаны изотермический (7 = const линия 1-2) у изоэнтропный (n-const линия 1-2') и политропный (линия 1-2" и 1-2") процессы сжатия идеального газа от давления р1 до давления р2. Количество теплоты, отводимой от газа в изотермическом процессе, выражается площадью диаграммы под линией 1-2.

    Изоэнтропический процесс характеризуется отсутствием теплообмена и потерь, вследствие чего для этого процесса s = const. Что касается политропного процесса, то в случае, если показатель политропы п меньше показателя изоэнтро-пы, процесс происходит с отводом теплоты и кривая процесса 1-2" располагается левее линии изоэнтропического процесса 1-2'.

    Количество подводимой к 1 кг газа теплоты изображается площадью под кривой 1-2" (+q), а от-водимой — площадью под кривой 1-2" (—q). s, Г-диаграмма позволяет найти и количество теплоты, отводимой от 1 кг газа в холодильнике.

    Суммарное удельное количество теплоты qc, отводимое от идеального газа в цилиндре и холодильнике при охлаждении газа до температуры Ти равно удельной работе цикла
    qс = l = q1 + q2,
    где q2 — удельное количество теплоты, подводимое к газу (или отводимое от него) в цилиндре; q1 — удельное количество теплоты, отводимое от газа в холодильнике.

    При сжатии реального газа связь между количеством теплоты, отведенной от газа в цилиндре и холодильнике, и работой 1, затраченной на осуществление цикла в ступени, выражается зависимостью
    qc = l — (h" - h1),
    где h1 — энтальпия всасываемого в ступень газа; h" — энтальпия газа, выходящего из холодильника.

    Для реального газа даже если температура газа, выходящего из холодильника T", равна температуре всасываемого в ступень газа Т1. Работа и теплота в s, T-диаграмме при изотермическом и изоэнтропном сжатии реального газа показаны на рис. 2.9.

    Из рисунка видно, что в зависимости от того, какой знак имеет разность h" — h1 работа, затрачиваемая в изотермическом и изоэнтропном сжатии реального газа, может превышать количество отводимой теплоты или быть меньше. Аналогично и при политропном сжатии реального газа.

    В общем случае если сжатие осуществляется при состояниях газа, соответствующих области, расположенной на s, Г-диаграмме левее и выше кривой инверсии (высокие давления и температуры газа), затраченная работа превышаем количество теплоты qc, отводимое от газа в цилиндре и холодильнике. Если сжатие осуществляется при состояниях газа, соответствующих области, расположенной на s, Г-диаграмме правее кривой инверсии (низкие давления и температуры газа), затраченная работа меньше количества теплоты — qc.

    В s, T-диаграмме (рис. 2.10) по горизонтальной оси откладывается удельная энтропия s и по вертикальной оси — удельная энтальпия Л. На диаграмму нанесены изобары р = const и изотермы Т = const, s, h-диаграмма применяется для определения удельной работы в изо энт р опическом. реального газа ta и удельного количества теплоты q1 отводимого от реального газа в холодильнике.

    Читайте также:

      
    • Течет тосол из под головки ваз 2107
      
    • Камаз 15 тонник самосвал маркировка
      
    • Маркировка двс мазда демио
      
    • Чистка клапана егр хонда цивик 4д
      
    • Фильтр вместо сепаратора ваз