- •Компрессорные машины и установки
- •Механического факультета, дистанционного обучения Кафедра "Теплохладотехника"
- •Аудиторных часов – 14 ч. 14ч.
- •Учебно-методические материалы по дисциплине.
- •Основная и дополнительная литература.
- •Лекционный курс
- •Процесс сжатия
- •Тема 3. Многоступенчатое сжатие.
- •Тема 4. Поршневые компрессоры.
- •Тема 5. Винтовые компрессоры.
- •Тема 6. Ротационные компрессоры.
- •Тема 7. Компрессоры динамического принципа действия.
- •Тема 8. Способы получения искусственного холода. Обратные термодинамические циклы. Принцип действия холодильных машин.
- •Тема 9. Термодинамические свойства рабочих веществ холодильных машин. Циклы одноступенчатых холодильных машин.
- •Тема 10. Многоступенчатые холодильные машины.
- •Тема 11. Теплообменные аппараты холодильных машин.
- •Лабораторные занятия.
- •Задание:
- •Варианты заданий
- •Пример выполнения.
- •Задание:
- •Варианты заданий
- •Порядок построения цикла
- •Последовательность выполнения расчетов
- •Варианты заданий
- •Курсовая работа
- •Варианты заданий
- •Последовательность выполнения
- •Контрольные вопросы для зачета
- •Рабочая программа……………………………………………………….4
- •Лекция 3. Теоретический цикл объемных компрессоров.……...……17
- •Лекция 2. Расчет двухступенчатой холодильной машины………….30
- •Лекция 2. Осевые компрессоры………………………………………..54
- •Курсовая работа…………………………………………………………90
- •Содержание…………………………………………...…………………94
- •Компрессорные машины и установки
Тема 7. Компрессоры динамического принципа действия.
Лекция 1. Центробежные и осевые компрессоры. Особенности процесса сжатия. Устройство, принцип действия, области применения.
Процессы сжатия в компрессорах динамического принципа действия проходят непрерывно в потоке движущегося вещества. Рабочими органами таких компрессоров являются колеса с расположенными на них рабочими лопатками. От вращающихся лопаток механическая энергия непрерывно передается веществу. При этом в рабочем колесе происходит увеличение кинетической и потенциальной энергии, то есть скорость и давление возрастают, главным образом за счет использования сил инерции.
К этому классу относятся центробежные, осевые, вихревые компрессоры. В холодильной технике наибольшее применение получили центробежные компрессоры. Осевые применяются реже и в основном в газовых холодильных машинах, вихревые компрессоры применения пока не находят из-за низкого КПД.
Компрессоры динамического принципа действия имеют ряд преимуществ перед объемными:
Меньшие размеры и массу по сравнению с объемными компрессорами той же производительности;
Надежность в работе, малый износ при работе на незагрязненных рабочих веществах;
Отсутствие возвратно-поступательного движения;
Равномерность подачи рабочего вещества;
Отсутствие загрязнения вещества смазочным маслом;
Возможность получения значительно большей производительности 4000÷5000кВт;
Возможность непосредственного соединения с высокооборотным приводом (газовой или паровой турбиной, высокочастотным электродвигателем).
Недостатки компрессоров динамического принципа действия:
Трудность выполнения их для получения малой производительности (необходима очень высокая частота вращения);
Сравнительно узкий диапазон устойчивой работы при изменении производительности (возникает пульсация);
Трудность получения высоких отношений давлений свыше 30÷40;
Существенная зависимость характеристик компрессора от физических свойств рабочего вещества (скорость звука в нем и значение показателя политропы).
Холодильные машины с компрессорами динамического действия применяются в следующих областях:
В химической и нефтеперерабатывающей промышленности, при производстве синтетических спиртов, каучука, полиэтилена, для сжижения газов, при производстве парафина масел и так далее;
Для систем кондиционирования воздуха в цехах, зданиях, шахтах;
В пищевой промышленности для охлаждения, замораживания, хранения пищевых продуктов;
В судовых холодильных установках, на судах-рефрижераторах для переработки и транспортировки скоропортящихся продуктов;
В тепловых насосах для обогрева зданий и сооружений, нагрева воды и воздуха;
Для замораживания грунтов в горном деле при проходке шахт, в строительстве, для охлаждения больших масс бетона;
При экспериментальных исследованиях, связанных с применением низких температур.
Центробежные компрессоры.
Ступень центробежного компрессора рис. 19, состоит из рабочего колеса, диффузора и неподвижных элементов, с помощью которых сжатое рабочее вещество выводится за пределы ступени. По конструкции различают промежуточную и концевую ступени. В промежуточной ступени за диффузором установлен обратно направляющий аппарат. С его помощью рабочее вещество подводится к колесу последней ступени. За диффузором концевой ступени расположено концевое устройство (улитка), с помощью которого рабочее вещество выводится за пределы корпуса машины.
Рис. 19. Двухступенчатый фреоновый центробежный компрессор с мультипликатором:
1—уплотнение вала; 2—планетарный мультипликатор; 3—ротор;
4—пакет диафрагм; 5—кожух; 6 — входной регулирующий аппарат; 7 — радиальный подшипник; 8 — радиально-упорный подшипник.
Характеристикой центробежного компрессора называется зависимость его основных рабочих параметров: отношение давлений , внутренняя мощность Ni, политропный КПД ηпол, коэффициент эффективной работы ψ, коэффициент теоретической работы φ24 от параметра, характеризующего производительность компрессора при различных фиксированных значениях безразмерной окружной скорости. Для обеспечения нормальной работы холодильной машины применяют различные способы регулирования центробежных компрессоров:
Регулирование перепуском или байпасированием;
Дросселирование на нагнетании (устанавливается дроссельное устройство между компрессором и конденсатором);
Изменением частоты вращения;
Дросселированием на всасывании - дроссельное устройство располагают перед входом в компрессор, (лучше, чем на нагнетании, но хуже чем регулирование частотой вращения);
Закруткой потока при входе в колесо (с помощью входного регулирующего аппарата ВРА);
Поворотом лопаток диффузора (на 5÷10 %);
Комбинированное регулирование производительности (получаем наилучшие показатели работы машины).
Лекция 2. Осевые компрессоры.
В холодильной технике осевые компрессоры применяются в газовых (воздушных) холодильных машинах.
Преимущества осевых компрессоров:
Меньшие радиальные размеры, чем у центробежных компрессоров той же объемной производительности;
Более высокие КПД, чем у центробежных компрессоров, из-за лучшей организации потока в осевых лопаточных аппаратах и как следствие газодинамических потерь в них.
Использование этих преимуществ позволит повысить энергетическую эффективность и уменьшит размеры и металлоемкость холодильных компрессоров. Эти же факторы обусловили применение осевых компрессоров в тех отраслях, где требуются большие объемные производительности в одном агрегате (доменные воздуходувки, стационарные газотурбинные двигатели, авиационная техника).
Возможность получения больших объемных производительностей делает осевые компрессоры перспективным типом машин для пароводяных тепловых насосов, использующих в качестве источника низкой температуры теплые водосбросы крупных промышленных предприятий.
Недостатки осевых компрессоров:
Крутые газодинамические характеристики малой протяженности по расходу;
Повышенная чувствительность к помпажу, который может вызвать поломку лопаток рабочих колес.
Эти недостатки можно устранить за счет применения эффективных методов регулирования, повышенного уровня автоматизации и культуры эксплуатации.
Рис. 20. Осевой компрессор
Осевой компрессор рис. 20, состоит из входного устройства 1, с помощью которого газ подводится к входному направляющему аппарату (ВНА) 2. Входной направляющий аппарат организует поток и придает ему необходимое направление движения, после чего он поступает на рабочее колесо (РК) 3. Из рабочего колеса газ поступает в направляющий аппарат (НА) 6, в котором изменение его давления и скорости зависти от коэффициента реактивности Ω, как и при прохождении через РК. При выходе из последней ступени газ проходит спремляющий аппарат (СА) 4, который придает выходной скорости осевое направление. Обычно СА выполняют совмещенным с НА последней ступени. Из СА сжатый газ поступает в выходное устройство 5, которое по конструкции представляет собой обращенное выходное устройство.
Высота лопаток при входе и выходе РК и НА изменяется, уменьшаясь от входного сечения к выходному. Это объясняется тем, что по мере сжатия плотность газа растет, его объемный расход уменьшается, и при мало меняющейся осевой расходной составляющей скорости потока в ступени, высота лопаток уменьшается.
Окружная скорость на среднем диаметре:
(72)
Коэффициент расхода:
(73)
Число Маха:
(74)
где CZ – осевая скорость газа;
а1 – скорость звука в газе.
Коэффициент теоретической работы:
(75)
где lЭ – работа элементарной ступени.