21 Термодинамические основы сжатия газов

Изотермический процесс изменения состояния газа протекает при одной постоянной температуре.

Адиабатический процесс - вся теплота полностью остается внутри газа, повышая его температуру.

p/r=RT β

Изотермический процесс

pV=const=C1 или p1V1=p2V2=C1

Удельная работа

Адиабатический процесс

pVk=const=C2 или p1V1k=p2V2k=C2

где к=ср/сV – показатель адиабаты;

ср и сV – удельная теплоемкость газа соответственно при р=const и V=const

Удельная работа

Полная удельная работа компрессора

А=Авс+Асж+Авыт

Авс=-p1V1

Авыт= p2V2

изотермический процесс

Аиз=Асж.из=p1V1ln(p2/p1)

адиабатический процесс

Конечная температура при адиабатическом процессе сжатия

Количество теплоты, которая выделится при изотермном сжатии

qиз=(ср-cV)Tln(p2/p1)

Политропный процесс

с тепень сжатия одной ступени

22 Поршневые компрессоры

Поршневой компрессор – это машина объемного действия, у которой всасывание, сжатие и вытеснение газа производятся поршнем, перемещающимся в цилиндре возвратно-поступательно.

– АА расширение газа

АА-ВВ всасывание

ВВ-СС сжатие рабочего агента

СС-АА нагнетание

Классификация поршневых компрессоров

По расположению осей цилиндров – горизонтальные, вертикальные, угловые, оппозитные.

По приводу – газомоторкомпрессоры, приводные, СПДК (дизель-компрессоры со свободными поршнями).

По соединению поршневой группы - крейцкопфные и бескрейцкопфные.

Одностороннего и двух стороннего действия.

По числу рядов цилиндров – однорядные и многорядные

По устройству поршней – дисковые, тронковые, ступенчатые.

По виду охлаждения – с водяным и воздушным охлаждением.

По виду рабочего агента – воздушные, кислородные, аммиачные и др.

23 Газомотокомпрессор — устройство, предназначенное для:

• закачки газа в подземные хранилища газа;

• сжатия и перекачивания природных газов на магистральных газопроводах;

• интенсификации добычи нефти путем закачки попутного газа в нефтяные пласты;

• использования в технологических процессах газо и нефтеперерабатывающих заводах;

• добычи газового конденсата «сайклинг — процесс» (извлечение газового конденсата из пласта способом циркуляции газа осушенного от тяжелых углеводородов методом вымораживания в специальном оборудовании);

• использования в технологических процессах по сжижению природных газов.

Газомотокомпрессор представляет собой агрегат, состоящий из компрессора и газового двигателя внутреннего сгорания. Двигатель и компрессор смонтированы на общей фундаментной раме.

24 Схемы поршневых компрессоров

В автокомпрессорах применяют компрессоры с V-образным расположением цилиндров (рис. 173). В процессе работы поршневого компрессора силы инерции периодически изменяются по величине и направлению, создавая неуравновешенность системы.

По исполнению конструкции поршневые компрессоры бывают одно-, двух- и многоступенчатого сжатия. В автокомпрессорах применяют одно- и двухступенчатые компрессорные установки с одним, двумя или тремя цилиндрами на каждой ступени сжатия.

Рис. 173. Схема поршневого компрессора с V-образным расположением цилиндров I и II ступеней.

В компрессоре одноступенчатого сжатия (рис. 174,а) в цилиндре помещен поршень, который соединен посредством шатуна шарнирно с коленчатым валом. При вращении коленчатого вала поршень совершает возвратно-поступательное движение.

Рис. 174. Компрессоры одноступенчатого (а) и двухступенчатого (б) сжатия: 1 — корпус; 2 — поршень; 3, 4 — всасывающий и нагнетательный клапаны; 5 — шатун; 6 — коленчатый вал; 7, 9 — цилиндры I и II ступеней; 8 — холодильник.

В крышке цилиндра расположены автоматически действующие всасывающий и нагнетательный клапаны. Компрессоры одноступенчатого сжатия (или простого действия) могут создавать давление нагнетания не более 5 кгс/см2.

В компрессоре двухступенчатого сжатия (рис. 174,6) всасываемый воздух сжимается дважды: вначале до определенного давления в цилиндре I ступени, затем, пройдя холодильник, под давлением поступает в цилиндр ступени, где сжимается до конечного давления. Двухступенчатые компрессоры создают, как правило, давление нагнетания до 12 кгс/см2, при этом в цилиндрах компрессора температура сжимаемого воздуха повышается до 190°С и более.

В двухступенчатом компрессоре одно и то же количество воздуха последовательно проходит через I и II ступени сжатия.

В автокомпрессорах, используемых в строительстве и в ремонт-но-эксплуатационных хозяйствах, устанавливают, как правило, двухступенчатые компрессоры.

25 Поршни, Клапан, Уплотнения

Дисковые, открытые (тронковые), ступенчатые А – кольцевой

Б – беспружинный полосовой

В – прямоточный

А – с плоскими металлическими кольцами

1- уплотняющее кольцо

2- замыкающее кольцо

3- пружина

4- дроссельное кольцо

5- предсальник

В – конические металлические уплотняющие элементы

1- внешнее уплотнительное кольцо

2- внутренние уплотнительные кольца

3- штифт

Г - конические пластмассовые уплотняющие элементы

1- уплотнительные кольца

2- дроссельное кольцо

3- нажимные кольца

4- стягивающая муфта

5- пружина

26. идеальный цикл поршневого компрессора

1. Отсутствуют сопротивления движению потока газа (в том числе и в клапанах).

2. Давление и температура газа во всасывающей и нагнетатель­ной линиях постоянны.

3. Давление и температура газа в период всасывания, так же как и в период выталкивания газа из цилиндра, не меняются.

4. Мертвое (вредное) пространство в цилиндре компрессора отсутствует.

5. Нет потерь мощности на трение и нет утечек газа.

1-2 сжатие

1-2’’’ изотермический процесс

1-2’ адиабатический

1-2 или 1-2’’ политропический

2 – 3 нагнетание

3 - 4 снижение давления

4 - 1 всасывание

1-2-3-4 работа сжатия газа

Затрачиваемая работа равна полезной

При политропическом процессе работа сжатия газа

Работа нагнетания

А2=p2V2

Работа, совершаемая газом благодаря имевшейся у него энергии

А3=p1V1

работа идеального цикла компрессора

Учитывая, что при политропическом процессе p1V1m= p2V2m, работа при политропическом процессе

Работа при адиабатическом процессе

работу цилиндра, всасывающего газ при давлении, значительно большем атмосферного, определяют с учетом свойств реального газа по следующей зависимости

где r1 и r2 – характеристические коэффициенты, отражающие отклонение свойств газов от закона Бойля-Мариотта.

27. Реальный цикл

1. Наличие мертвого (вредного) пространства.

2.Изменение давления, объема и температуры газа из-за затрат энергии на преодоление сопротивлений потоку газа в клапанах и каналах и непостоянного режима обмена газа в результате контакта с окружающими его деталями и смешения газа, поступающего в цилиндр, с газом, заполняющим вредное пространство.

1-2-3-4 – Работа на сжатие газа А_инд

3-3‘-4' - Работа на сжатие газа в объеме вредного про­странства (-)

28. ПОДАЧА ПОРШНЕВОГО КОМПРЕССОРА

Подача компрессора - объем или масса газа, проходящего за единицу времени по линии всасывания или линии нагнетания компрессора.

Расход газа на нагнетании всегда меньше, чем на всасывании, за счет утечек газа через неплотности.

Объемный расход газа обычно приводится к условиям всасывания (к давлению и температуре во всасывающей линии)

Q=λVтn λ — коэффициент подачи

*λ=Q/Qт

*λ = λо λг λт λр

*λр – коэффициент давления;

*lт – температурный коэффициент;

*λг – коэффициент герметичности;

*λо – коэффициент объема

*λо=Vр/Vт

*λг = 0,95—0,98

*λт отражает влияние нагрева газа при всасывании

λт =Т1/Т4

Т1 - температура газа в конце всасывания;

Т4 - темпера­тура газа в начале всасывания

*λт=1-0,01(ε-1)

*λр = 0,95—0,98

учитывает снижение подачи компрессора за счет уменьшения давления газа в цилиндре при всасывании по сравнению с давлением во всасывающем патрубке

С тепень сжатия:

а) компрессора

б) отдельной ступени

Температура в конце сжатия в рассматриваемой ступени

29. Мощность привода компрессора

N=Nинд+ Nм1+ Nм2+ Nвсп

Nм1 - механические потери в механизмах компрессора

Nм2 - механические потери в передачах от привода к компрессору

Nвсп - мощность, затрачиваемая на привод вспомогательных устройств

индикаторная мощность

для охлаждаемых компрессоров

д ля неохлаждаемых

Nм1= Nинд/hмех

hмех = 0,9-0,93 (вертикальный компрессор)

hмех = 0,88-0,92 (горизонтальный компрессор)

Nм2=( Nинд+ Nм1)/hпер

hпер = 0,9-0,95 (ременная передача)

hпер = 0,85-0,92 (зубчатая передача)

Мощность, затрачиваемая во вспомогательных устройствах, определяется в зависимости от типа вспомогательного устройства.

Мощность привода выбирают с запасом, увеличивая на 10-12% мощность компрессора.