19

В С Т У П

Лабораторний практикум з курсу "Теоретичні основи теплотехніки" є одним із важливих етапів при підготовці фахівців механічного спрямування, що мають працювати в різноманітних галузях промисловості . Він призначений для ознайомлення студентів з тепловими процесами. машинами, апаратами, методами їхнього теоретичного розрахунку та практичного використання в хімічній харчовій, та деяких інших галузях переробної промисловості, машинобудівному виробництві тощо. В ході його виконання студенти знайомляться із змістом фізичних явищ, що лежать в основі проведення різноманітних теплових процесів, з моделями та промисловими взірцями апаратів і машин, що призначені для їх здійснення, з контрольно-вимірювальними приладами та ін.

Дані методичні вказівки складені з таким розрахунком, щоб студенти могли самостійно підготуватися до проведення роботи. Вказівки містять тему роботи, мету, завдання до виконання.

При проходженні практикуму студенти виконують 6 робіт (тривалість кожної – 2 … 4 години). Послідовність виконання робіт регулюється викладачем. Після закінчення роботи студенти подають індивідуальний звіт про роботу (основний матеріал для заліку), виконаний на 3 -- 4 стандартних аркушах формату А4 (297х210 мм) з одного боку, без рамок, поля – 25, 20, 15, 15 мм.

Перед початком роботи з обладнанням та установками необхідно вивчити зміст роботи, ознайомитись з обладнанням, схемами та вивчити інструкцію по роботі. Робота з установками та обладнанням дозволяється тільки з відома викладача та під його наглядом після відповіді на контрольні питання (включаючи питання з правил техніки безпеки) та одержання дозволу.

Про всі помічені неполадки і несправності студенти зобов’язані негайно доводити до відома викладача або лаборанта.

При підготовці до лабораторних робіт студентам необхідно вивчити відповідні теми теоретичної частини курсу. Контрольні запитання при захисті робіт - у межах матеріалу роботи та вимог до звіту (п. 1 - 5 методичних вказівок до відповідної роботи).

Лабораторна робота №1

Випробування поршневого компресора

Мета роботи: практичне ознайомлення з устроєм та роботою одноступеневого двоциліндрового компресора та визначення його основних характеристик.

І. Теоретичні відомості

У виробничих процесах переробці піддають значні кількості газів та їх сумішей при тиску, що відрізняється від атмосферного. Крім того, стиснуті гази використовують також для допоміжних цілей (для передавання, переміщення, розпилу різних речовин та інше). Зміна стану газу зі зміною об’єму та тиску може відбуватися: ізотермічно, адіабатно або політропічно. На практиці необхідно визначити роботу, що витрачається (теоретично) на стиск газу. При ізотермічному процесі на стиск газу потрібно витрачувати роботу:

L_і3=P₁V₁ln P₂/P₁ , [Дж],(1.1)

при адіабатному:

L_ад=(K/(K-1))P₁V₁ [(P₂/P₁) ^(K-1)/K-1] , [Дж](1.2)

де P₁, P₂ - початковий та кінцевий тиск газу (до та після стиску);

при політропному:

L_n=(m/(m-1))P₁V₁ [(P₂/P₁) ^(m-1)/m-1] , [Дж](1.3)

де V₁ - початковий об’єм газу,м3;

K=Cp/Cv -показник адіабати;

m=(Cn - Cp)/(C-Cv) -показник політропи (для повітря m =1,25);

Cp, Cv, Cn -питома теплоємність при сталому тиску, об’єму та теплоємність політропного процесу, відповідно, Дж/кгK.

Витрата роботи менша при ізотермічному стиску. При адіабатному процесі не тільки підвищується витрата роботи, але одночасно підвищується температура настільки, що для запобігання руйнуванню або зіпсуванню машини її треба охолоджувати.

На практиці для контролю за роботою компресора користуються індикаторними діаграмами (рисунок 1), на яких відображають тиск та об’єм, що фактично вимірюють при роботі компресора. Теоретично всмоктування газу компресором починається з моменту зсування поршня з верхньої мертвої точки, тоді ж як в дійсності, через наявність шкідливого простору між поршнем та головкою циліндра, в останньому завжди є газ, що стиснутий до тиску P₂ в лінії нагнітання. Тому для того, щоб починалось всмоктування, цей тиск повинен впасти нижче тиску в лінії всмоктування, тобто до початку всмоктування поршень повинен пройти деяку відстань.

Внаслідок наявності стиснутого газу у шкідливому просторі при русі поршня від одного крайнього положення до іншого в циліндр буде всмоктано об’єм Vд , дещо менший за такий, що описує поршень за один хід V₁. Відношення об’єму газу, що фактично подається до об’єму, що описує поршень називають коефіцієнтом подачі, або об’ємним к.к.д. компресора:

_ = Vд/ V₁ .(1.4)

Об’ємний к.к.д. компресора враховує вплив шкідливого простору. Його визначають за формулою:

_= 1 - P₂/P₁^{ m}(1.5)

де (V₀ - V₁)/V₁ - коефіцієнт шкідливого простору;

V₀ - повний об’єм циліндра.

Об’ємний к.к.д. компресора може бути визначений графічно за допомогою індикаторної діаграми:

Рисунок1. Індикаторна діаграма компресора.

Практично числове значення об’ємного ККД залежить від тиску, до якого стиснуто газ. Чим він більше, тим більший об’єм посяде останній у шкідливому просторі газ при розширенні, тим менший об’єм свіжого газу буде всмоктано в компресор. Підвищуючи тиск газу можна дійти такого стану, коли газ, що залишився в шкідливому просторі, при зворотній ході поршня посідає весь об’єм циліндра, таким чином фактично всмоктування свіжого газу не відбувається, тобто _ = 0 , або з рівняння /5/ маємо:

P₂^max/P1 = ((1+)^m,(1.6)

де P₂^max - поріг стиску компресора.

За один оберт кривошипа через компресор пройде об’єм повітря, що дорівнює:

V₁=і F S = і (( d²)/4) S , [м³] ,(1.7)

а продуктивність компресора без урахування впливу шкідливого простору

V_c = V₁ n [м³/с ],(1.8)

де і -кількість циліндрів компресора;

F -площа поршня ( d -діаметр, м), м2;

S -хід поршня, м;

n -швидкість обертання кривошипа або колінвала компресора, об/сек.

Фактично об’єм повітря, що нагнітає компресор, менше об’єму, що визначений за індикаторною діаграмою, через витрати через нещільності у клапанах, витрати стиску у процесі всмоктування, підігрів газу на вході в циліндр при доторканні з розігрітими стінками та газу у шкідливому простоті, а також внаслідок вологості газу, що стискається.