- •Учебно-методический материал Раздел №1 «Теоретические основы криогенной техники»
- •Оглавление
- •Тема № 1. Сжатие газов Лекция №1. Назначение, содержание дисциплины. Принцип работы компрессоров и воздухоразделительных установок Учебный вопрос № 1. Назначение и содержание дисциплины
- •Учебный вопрос № 2. Роль газов в обеспечении полетов авиации
- •Учебный вопрос № 3. Назначение, классификация, характеристики и области применения компрессоров
- •Учебный вопрос № 4. Построение диаграммы s – т.
- •Групповое занятие № 1. Процессы одноступенчатого и многосту-пенчатого сжатия газов Учебный вопрос № 1. Одноступенчатое сжатие и его предел
- •Учебный вопрос № 2. Многоступенчатое сжатие.
- •Тема № 2. Очистка и осушка воздуха. Лекция №1. Очистка и осушка воздуха Учебный вопрос № 1. Необходимость очистки и осушки воздуха
- •Учебный вопрос № 2. Способы очистки воздуха
- •Групповое занятия №2. Комплексная очистка и осушка воздуха синтетическими цеолитами Учебный вопрос № 1. Характеристики адсорбентов
- •Учебный вопрос № 2. Комплексная очистка и осушка воздуха синтетическими цеолитами
- •Практическое занятие № 1. Адсорберы воздухоразделительных установок и взрывобезопасность. Учебный вопрос № 1. Адсорберы вру и взрывоопасность
- •Тема № 3. Расширение газов. Лекция № 1. Дросселирование газов. Учебный вопрос № 1. Сущность процесса дросселирования
- •Сжатый газ
- •Учебный вопрос № 3. Применение процесса дросселирования и влияние различных факторов на его эффективность
- •Групповое занятие № 2. Расширение газов с отдачей внешней работы. Учебный вопрос № 1. Назначение и классификация детандеров
- •Учебный вопрос № 3. Общее устройство и рабочий процесс турбодетандеров
- •Учебный вопрос № 4. Сущность процесса расширения газов с отдачей внешней работы
- •Учебный вопрос № 5. Характеристика процесса расширения газов
- •Тема № 4. Глубокое охлаждение. Лекция № 1.Глубокое охлаждение и его циклы. Учебный вопрос № 1. Классификация циклов глубокого охлаждения
- •Учебный вопрос № 2. Абсорбционная холодильная установка
- •Учебный вопрос № 3. Пароэжекторная холодильная установка
- •Учебный вопрос № 4. Газовые холодильные машины
- •Групповое занятие № 2. Основные способы получения холода. Учебный вопрос № 1. Основные способы получения холода, используемые в действительных циклах глубокого охлаждения
- •Учебный вопрос № 2. Холодильные циклы с дросселированием
- •Групповое занятие № 2. Холодильные циклы с расширением воздуха в детандерах
- •Учебный вопрос № 1. Холодильный цикл среднего давления с расширением воздуха в поршневом детандере
- •Учебный вопрос № 2. Холодильный цикл высокого давления с расширением воздуха в поршневом детандере
- •Учебный вопрос № 3. Цикл низкого давления с расширением воздуха в турбодетандере (цикл Капицы)
- •Тема № 5. Ректификация. Лекция № 1. Процессы испарения и конденсации. Учебный вопрос № 1. Общая характеристика процессов испарения и конденсации
- •Учебный вопрос № 2. Равновесие между жидкостью и паром в системе «кислород-азот» и диаграммы её равновесного состояния
- •Групповое занятие № 1. Процесс ректификации Учебный вопрос № 1. Сущность процесса ректификации
- •Учебный вопрос № 2. Однократная ректификация бинарной смеси
- •Учебный вопрос № 3. Двукратная ректификация бинарной смеси
- •Тема № 6. Процессы и аппараты воздухораздели-тельных установок. Лекция № 1. Теплообменники. Учебный вопрос № 1. Назначение и классификация теплообменных аппаратов
- •Учебный вопрос № 2. Рекуперативные теплообменники
- •Групповое занятие № 2. Конденсаторы-испарители Учебный вопрос № 1. Классификация и характеристики конденсаторов-испарителей.
- •Учебный вопрос № 2. Теплоотдача при конденсации пара
- •Учебный вопрос № 3. Теплоотдача при кипении
- •Групповое занятие № 3. Регенераторы Учебный вопрос № 1. Принцип действия регенераторов
- •Учебный вопрос № 2. Очистка воздуха от воды и двуокиси углерода в регенераторах
- •Учебный вопрос № 3. Способы обеспечения незабиваемости регенераторов
- •Практическое занятие № 4. Ректификационные колонны Учебный вопрос № 1. Назначение и состав ректификационных колонн
- •Учебный вопрос № 2. Классификация ректификационных колонн.
- •Учебный вопрос № 3. Конструкция ректификационных колонн промышленных установок разделения воздуха
- •Тема № 7. Контроль качества газов, применяемых в авиации Лекция № 1. Определение содержания веществ в газе. Учебный вопрос № 1. Требования к качеству газов, применяемых в авиации
- •Учебный вопрос № 2. Виды и объемы контроля качества газов, применяемых в авиации.
- •Учебный вопрос № 3. Определение содержания кислорода и азота в газовых смесях.
- •Учебный вопрос № 4. Определение содержания ацетилена, масла и вредных примесей в кислороде
- •Групповое занятие № 2. Приборы для определения влажности и качества газов, применяемых в авиации. Учебный вопрос № 1. Приборы для определения влажности газов
- •Учебный вопрос № 2. Современные методы и приборы контроля качества газов
- •Расчетные
- •Визуально
- •Инструментальные
- •Учебный вопрос № 3. Методы измерений и приборный парк
Учебный вопрос № 2. Многоступенчатое сжатие.
В тех случаях, когда технология производства требует высоких давлений, необходимо перейти на многоступенчатое сжатие, заключающееся в том, что сжатый до допустимой температуры газ выходит из первой ступени (цилиндра) компрессора и направляется в холодильник. Затем охлажденный, но сжатый газ направляется во вторую ступень компрессора, где происходит дальнейшее сжатие его опять-таки до допустимой температуры.
После этого газ из второй ступени направляется в холодильник второй ступени. Там он снова при более высоком давлении охлаждается и поступает в третью ступень и так далее до тех пор, пока не будет достигнуто требуемое технологией производства давление при допустимых температурах.
Степенью сжатия называется отношение давления нагнетания к давлению всасывания на данной ступени в абсолютных атмосферах:
ε =
Рнагн
(ата)
Рвсас
Давление по ступеням компрессора измеряется манометрами, которые показывают избыточное давление. При величине степени сжатия равной четырем, давление по манометрам должно распределяться так:
1 ст. – 3 ат; 2 ст. – 15 ат; 3 ст. – 60 ат; 4 ст. – 200 ат.
Процесс сжатия в многоступенчатом компрессоре будет наиболее экономичным в том случае, когда степени сжатия во всех ступенях равны:
Р1
Р0
=
=
=
=
ε
Р2
Р1
Р3
Р2
Рz
Рz-1
…….
Потери давления между ступенями учитываются специальным коэффициентом ψ = 1,1÷1,15.
Тогда формула для определения степени сжатия многоступенчатого компрессора примет следующий вид:
ε = ψ ∙
Из этого уравнения можно определить действительное число ступеней компрессора. Практически для многоступенчатых компрессоров допустимыми степенями сжатия следует считать ε = 2,5÷3,5.
Одноступенчатое сжатие и нагнетание газа применяется практически при давлениях до 6 кгс/см2. При давлениях выше указанного в цилиндрах одноступенчатых компрессоров имеют место следующие существенные недостатки:
высокие температуры, нарушающие нормальный режим работы;
возрастание удельного расхода энергии на сжатие газа;
возрастание влияния вредного пространства;
чрезмерное возрастание поршневых усилий.
Все эти недостатки могут быть устранены при многоступенчатом сжатии. В зависимости от величины конечного давления газа могут применяться компрессоры двух-, трех- и т.д. ступеней.
Все многоступенчатые компрессоры имеют следующие общие особенности:
объемы цилиндров вышестоящих ступеней меньше нижестоящих примерно во столько раз, во сколько давление вышестоящей ступени больше нижестоящей;
на первой ступени обычно ставят два цилиндра, чтобы не делать слишком громоздким один;
перепад давлений распределяется равномерно по ступеням и не должен быть больше четырех;
давление всасывания и нагнетания должны поддерживаться по ступеням, близким друг к другу;
после каждой ступени устанавливаются холодильники и влагомаслоотделители.
Недостатками являются сложность конструкции и уменьшение механического КПД. Число ступеней более 8 экономически не выгодно.
3
6
9
1
7
10
4
2
5
8
1 – фильтр; 2–5–8 – цилиндры компрессора; 3–6–9 – холодильники;
4–7–10 – водомаслоотделители
Рис. 6. Принципиальная схема многоступенчатого сжатия.
Назначение холодильника состоит в том, чтобы снизить температуру газа после сжатия его в цилиндрах до температуры всасывания и сконденсировать влагу, чем обеспечивается нормальный процесс сжатия при высоких давлениях.
Кроме того, охлаждение газа в холодильнике после последней ступени дает возможность получить запас холода, который в воздухоразделительной установке проявляется в процессах дросселирования через расширительные вентили и при расширении в цилиндре детандера.
Получение холода, можно считать, является основной целью работы компрессора на воздухоразделительной установке.
Преимуществами многоступенчатого сжатия являются:
Экономия работы.
Снижение температуры нагнетания.
Уменьшение поршневых сил. В одноступенчатом компрессоре высокое конечное давление создает большую поршневую силу. В многоступенчатом компрессоре это давление действует на поршень меньшей площади, и поршневая сила, даже в сумме с силами, возникающими на остальных ступенях, значительно меньше, чем в первом случае.
Уменьшение объемного коэффициента. С ростом отношения давлений увеличивается объем, занимаемый расширившимся из мертвого пространства газом, что ухудшает наполнение цилиндра.
К недостаткам многоступенчатого сжатия следует отнести:
Сложность конструкции компрессора.
Увеличение потерь энергии на механическое трение движущихся частей компрессора, то есть уменьшение механического КПД.
Поэтому компрессоры с числом ступеней более пяти экономически не выгодны.