Реферат - Компрессоры
Подождите немного. Документ загружается.
Компрессоры.
Компрессор - это машина, предназначенная для сжатия газов и паров. В
процессе сжатия повышается давление газов.
Компрессоры классифицируют по максимальному конечному
давлению и по объёмной подаче.
- P
к
≈0,1МПа – вентиляторы (перемещение газа)
- Р
к
<1МПа – компрессоры низкого давления
Многоступенчатые компрессоры:
- P
к
<10МПа – компрессор среднего давления
- P
к
>10МПа – компрессор большого давления
В многоступенчатых компрессорах сжатие происходит в несколько
этапов с промежуточным охлаждением сжатого газа.
По величине объёмного расхода (объёмной подачи) -
][
3
с
мV
G
v
компрессоры делятся на машины:
- малой подачи: G
v
=0,003м
3
/с;
- средней подачи: G
v
=0,03м
3
/с;
- большой подачи: G
v
=0,3м
3
/с.
Компрессоры малой подачи, как правило, поршневые компрессоры, а с
большой подачей работают турбокомпрессоры.
Принципы сжатия газа в поршневом компрессоре и турбокомпрессоре
различаются.
В поршневом компрессоре давление повышается за счёт сжатия газа в
закрытом объёме. В турбокомпрессоре сжатие происходит в 2 этапа: сначала
газ разгоняют до больших кинетических энергий, а затем затормаживают его,
ставя преграду, в этом случае кинетическая энергия превращается в энергию
давления.
Количественные характеристики процесса сжатия газа.
1. Степень сжатия газа - это отношение начального объёма V
нач.
к
конечному объёму газа V
кон.
:
кон
нач
V
V
2. Степень повышения давления:
нач
кон
к
Р
Р
Обе характеристики в раз не задают.
n
кк
n
нн
VPVР
n
n
к
н
н
к
к
V
V
Р
Р
n
к
Процессы в идеальном поршневом компрессоре.
Н
ВМТ
НМТ
V
вр
1
2
1 - впускной клапан; 2 - нагнетательный клапан.
V
вред.
- вредный объём.
h - ход поршня;
ВМТ - верхняя мёртвая точка; НМТ - нижняя мёртвая точка.
Поршневой компрессор - двухтактная машина, т. е. все процессы
происходят за 2 такта (2 хода поршня).
Один такт – перемещение в пределах h.
V
вред.
- вредный объём; в пределах этого объёма, когда поршень в положении
ВМТ, остаётся сжатый газ, не вытолкнутый из компрессора. Наличие этого
объёма снижает производительность компрессора.
Выпускной клапан 1 самооткрывающийся.
Нагнетательный клапан 2 снабжён пружиной, жёсткость которой
определяет конечное давление сжатия.
В компрессоре присутствуют силы трения:
1. трение поршня о стенки цилиндра (необходимо проводить смазку);
2. аэродинамическое трение в клапанах (необходимо увеличить сечение
клапанов).
Идеальный компрессор.
1. Сжимается идеальный газ, т. е. отсутствует аэродинамическое трение
(это приводит к тому, что процессы всасывания и нагнетания проходят при
p=const).
2. Отсутствует вредный объём.
3. Пренебрегаем трением поршня.
Изобразим процессы в идеальном компрессоре на индикаторной
диаграмме.
0
Р
Р1
1
2
3
Р
3
НМТ
V, м
3
V1
V2
L <0
К
1
2
0-1 – процесс всасывания при p
1
=const.
1110
VpL
[Дж]>0
1-2 – процесс сжатия; оба клапана закрыты; поршень движется влево:
n
VpVp
L
1
1122
21
[Дж]<0.
В точке 2 открывается нагнетательный клапан и происходит процесс 2-
3.
2-3 – процесс сжатия при p
2
=const; поршень движется влево:
2232
VpL
[Дж]<0
В компрессоре процесс незамкнутый.
Процессы 0-1 и 2-3 – не термодинамические, т. е. в этих процессах
параметры газов остаются постоянными, а изменяется только его количество.
Вся работа компрессора:
)(
1
)(
11
22112211
2211
22
1122
11322110
VpVp
n
n
VpVp
n
VpVp
Vp
n
VpVp
VpLLLL
K
сжатияK
LnLnL
21
L
сжатия
- техническая или располагаемая работа.
Удельная работа, т. е. работа для сжатия 1кг газа:
][
кг
Дж
ln
m
L
l
сжатия
К
к
21
1
TT
n
Rn
l
к
n
n
Кк
n
TRn
l
1
1
1
1
В общем случае показатель политропы сжатия может быть любым,
однако на практике реализуется показатель политропы от k до 1 (1<n<k).
n=1 – изотермически компрессор;
n=k – адиабатный компрессор.
В термодинамической диаграмме P-v изображается только процесс сжатия, т.
к. он единственный является термодинамическим.
Р2
Р1
1
2
Р
2’
2'’
L
к
V
Минимальная работа – у изотермического компрессора;
Максимальная работа – у адиабатного компрессора.
Работа потребляется от двигателя привода, поэтому наиболее
рационален способ сжатия - изотермический.
Теплоёмкость газов с
φ
<0 при 1<n<k, поэтому от компрессора
отнимается количество теплоты в процессе его охлаждения:
])[(
12
кг
Дж
TTcq
K
Количество теплоты можно показать на тепловой диаграмме:
2
2'
Р =
2
const
1
Q
k
Т
S
Т
1
Т
2
Для выбора мощности двигателя приводов нужно задаться расходом
газа:
][
3
с
мV
G
v
- объёмный расход;
][
с
кг
GG
v
- массовый расход.
N
к
=l
к
∙G
Вт
с
кг
кг
Дж
- мощность двигателя привода.
Многоступенчатое сжатие.
Для получения больших конечных давлений используют
многоступенчатые компрессоры. При сжатии газов при 1<n<k его
температура повышается.
При больших значениях π
K
могут быть достигнуты температуры,
опасные для эксплуатации (может произойти возгорание масла и потеря
прочности деталей), поэтому π
K
ограничивают величинами порядка 4÷6.
Применяют многоступенчатое сжатие и промежуточное охлаждение газов
между ступенями сжатия.
К
1
К
3
К
2
ТО
1
ТО
2
Р
1
ТО
1
ТО
1
Р
2
Р
3
Р
4
Р ’
2
Р ’
3
К1; К2; К3 – ступени сжатия;
ТО1; ТО2 – промежуточные теплообменники.
При конструировании компрессоров стараются обеспечить
равномерное распределение работы между ступенями:
l
K1
=l
К2
=l
K3
Кроме того, π
K
и n стараются делать одинаковыми. В этом случае
изменение температуры газа в каждой ступени также будет одним и тем же:
T
n
Rn
l
к
1
В промежуточных теплообменниках газ охлаждается до начальной
температуры при p=const.
Рабочая диаграмма.
Р
V
Р1
Р
2
Lk1
Lk2
Lk3
L
k4
1
2
3
4
5
2’
3’
4’
m – число ступеней; если m→∞, то n=1; отсюда, уменьшается требуемая
мощность двигателя привода.
1-2; 2'-3; 3'-4 – процессы сжатия в ступенях;
2-2'; 3-3' – охлаждение в теплообменнике.
Наличие теплообменников приближает многоступенчатое сжатие к
изотермическому.
KiК
lml
][ВтlGN
KK
Изображение процессов сжатия в тепловой диаграмме:
Т1
Т
2
Т
1
2
34
3’
Р
1
Р2
Р
3
Р
4
S
0)(
12
TTcq
Ki
0)(
21
TTcq
pTOi
Вся теплота:
TOiKiK
qmqmq )1(
Реальный компрессор.
В реальном компрессоре присутствуют вредный объём и все виды
трения, поскольку газ неидеальный.
Изобразим процессы на индикаторной диаграмме:
Р
Р1
Р
n
1
0
2
3
V,м
3
ВМТ
НМТ
V
вр
∆
Р
вс
∆
Р
n
1-2 – процесс сжатия заканчивается при большем давлении в точке 2,
чем давление нагнетания (Р
нагнет.
) на величину ΔР
нагнет
. Это необходимо для
компенсации трения в нагнетательном клапане.
2-3 – процесс нагнетания заканчивается в ВМТ, при этом в цилиндре во
вредном объёме остаётся газ высокого давления.
При движении поршня по направлению к НМТ сначала газ расширяется из
вредного объёма (V
вред.
), а затем происходит процесс всасывания.
3-0 – процесс расширения газа из вредного объёма.
0-1 – процесс всасывания.
Давление в точке 0 ниже атмосферного (P
1
) на величину ΔР
всасыв.
Это
необходимо для компенсации трения во впускном клапане.
Наличие вредного объёма снижает производительность компрессора. Это
можно показать на диаграмме для различных конечных давлений нагнетания.
0
Р
Р
1
Р
Н3
Р
Н2
Р
Н1
VV
1
V
вр
V
0
1
0
2
3
2’
3’
2'’3’’
V
всасыв.
=V
1
-V
0
для P
H1
.
1
.
.
V
V
всасыв
об
- объёмный КПД компрессора (для идеального компрессора:
η
об.
=1).
С увеличением давления нагнетания уменьшается объём всасывания
(V
всасыв.
) и объёмный КПД компрессора (η
об.
).