9. Компрессоры. Детандеры

Компрессоры. В отличие от тепловых двигателей не производят механической энергии , а потребляют ее .Это машины для сжатия газов и паров. Они входят в схему тепловых двигателей и холодильных установок в качестве одного из агрегатов и т. п. . В настоящее время разделяются на поршневые (объемные) и центробежные(лопаточные). Затрачиваемая техническая работа зависит от характера процесса сжатия

l_тех = - ∫^р2_р1vdp , …(9.1)

это площадь 1-2-3-4 на индикаторной диаграмме ,представленной ниже.

Работа на привод идеального компрессора в адиабатном процессе

l_ад = -( kRT₁/(k-1))[(p₂ /p₁ )^k-1/k – 1] , …(9.2) в политропном k=n ,а в изотермическом k =1 и l_из = - RT₁ ln(p₂ /p₁ ).

Наиболее выгоден изотермический процесс pv = const (наименьшая площадь,Рис.12.1.), но для этого надо от газа отводить тепло. С этой целью охлаждают наружную поверхность компрессора , делают оребрение или т. наз. водяную “ рубашку”. Рабочий процесс компрессора – замкнутую линию 1-2-3-4 нельзя назвать круговым процессом ,только линия сжатия 1-2 – процесс изменения состояния. Действительная индикаторная диаграмма (Рис.12.3.) отличается от идеальной : есть гидравлические сопротивления и вредное пространство V_пр – объем между крышкой цилиндра и поршнем в его крайнем левом положении (4 -10% от рабочего объема цилиндра V_h ). Объемый к. п. д. Ƞ_об - отношение объема V =(V_h -V₄) к объему V_h ,он уменьшается с увеличением V_пр .

Повышение конечного давления сжатия р₂ сверх 0.6 -1 МПа (≈6-10 атм.) ведет к недопустимому росту температуры из-за возможного воспламенения смазочного масла и соответственно прочему. Для сжатия газов до более высоких давлений применяют многоступенчатые компрессоры с промежуточным охлаждением газа между ступенями (цилиндрами), что представлено ниже на Рис.12.6. .

В энергетике под к.п.д. понимают отношение полезно используемой энергии ко всей затраченной. Для компрессоров это неприемлемо. Для оценки степени совершенства реальных компрессоров их сравнивают с идеальными . Вводятся изотермический ,политропический и адиабатический к.п.д. - отношение работ на привод идеальных компрессоров по этим процессам к действительно затрачиваемой работе.

Детандеры. Это машины, предназначенные для охлаждения рабочего тела при его расширении с отдачей внешней работы. Как и компрессоры, подразделяются на два основных класса: объемного и кинетического действия.

В отличие от компрессора рабочий процесс 2-1-4-3 идет по часовой стрелке (Рис.12.1., Рис.12.3.) и давление падает с p₂ до p₁. В формулах(9.1,9.2) для компрессора знак “-“ удаляется, работа выполняется системой.

Так же наиболее выгоден изотермический процесс 2^/ - 1 ,но это трудно осуществить , реальные процессы близки к адиабатным 2^// - 1.

Применяют многоступенчатое расширение при подаче тепла между ступенями (перегрев пара в пароперегревателе , промежуточная камера сгорания между ступенями газовой турбины).

Как и компрессоры , это основные агрегаты газовых теплосиловых установок.