книги из ГПНТБ / Вьюшин, В. Д. Эксплуатация компрессорных установок

На рис. 27 линия t3ф делит д и а г р а м м у на две части — соответственно зоны эффективного (слева) и неэффек­ тивного (справа) впрыска. Максимальное эффективное количество впрыскиваемой воды при различных темпера­ турах наружного воздуха ограничивается этой линией. Линия максимальной производительности компрессора указывает на оптимальное количество впрыскиваемой воды при различных температурах наружного воздуха (^нар = tn — t1)- Максимальная производительность определяется по формуле:

Gмакс — ' G0 ,

где G0 — производительность компрессора без впрыска. При определении экономически выгодного режима необходимо учитывать, что работа при двухступенчатом сжатии минимальна при равенстве отношений давлений по ступеням, следовательно, для достижения минимума работы отношение давлений в каждой ступени двухсту­ пенчатого компрессора должно быть равно квадратному корню из общего отношения давлений. Имея в виду ком­ прессорные станции с поршневыми двухступенчатыми компрессорами, являющимися самыми распространен­ ными в промышленности, и учитывая, что степень сжа­ тия у существующих компрессоров в первой ступени рав­ на 3,2—3,5, во второй—1,86—2,2, а давление воздуха во второй ступени всегда больше, чем в первой, можно сде­

лать следующие выводы:

— индикаторная мощность, потребляемая первой ступенью компрессора, больше индикаторной мощности,

— температура кипения воды при ее впрыске во вто­ рой ступени будет выше, чем в первой, так как давление воздуха во второй ступени больше.

Количество впрыскиваемой воды зависит от темпера­ туры наружного воздуха и режима работы, а также от степени ее использования в цилиндре. Неиспарившаяся влага ухудшает смазку цилиндра и может создать усло­ вия для возникновения гидравлических ударов. Кроме того, значительное увеличение количества паров воды в

77

Цилиндре первой ступени компрессора снижает перво­ начальный объем всасываемого воздуха, а при их кон­ денсации в промежуточном холодильнике уменьшает производительность установки. Еще одним недостатком значительного впрыска воды является то, что часть испа­ рившейся воды при сжатии и недостаточной температуре процесса конденсируется, выделяя скрытую теплоту па­ рообразования.

Для создания благоприятных условий работы ком­ прессора в режиме влажного сжатия необходимо пода­ вать в цилиндр такое количество воды, которое может полностью испариться за время процесса.

Для изменения количества воды, впрыскиваемой в цилиндр компрессора, ее давление целесообразно регу­ лировать сжатым воздухом из баллонов или непосредст­ венно из сети через редуктор.

Количество тепла, которое можно отвести в процессе за счет испарения воды, зависит от интенсивности испа­ рения и времени процесса, а интенсивность испарения — от температуры процесса, соотношения между парци­ альным давлением паров воды и давлением ее насыщен­ ных паров в данный момент, а также от качества рас­ пыла.

Соотношение между парциальным давлением паров

d-EfL = K {P B.l - P d ),

где dt — скорость возрастания парциального дав­

ления, т. е. скорость испарения; К — коэффициент диффузии.

Коэффициент диффузии определяет количество паров, диффундирующих через 1 см2поверхности в 1 секунду при градиенте упругости паров в 1 мм рт. ст. на 1 см. Этот коэффициент можно определить по формуле:

где Ко— коэффициент диффузии при Т0=273°К и Ра= 760 мм рт. ст.;

78

Т и Р—соответственно Температура и давление в данный момент времени;

m — опытный коэффициент.

Скорость диффузии паров в воздух прямо пропорцио­ нальна температуре и обратно пропорциональна давле­ нию среды, в которую они диффундируют. Кроме того, испаряемость зависит от поверхностного натяжения воды а. Коэффициент диффузии и поверхностное натяжение тесно связаны с физико-химическими свойствами воды и ее температуры. Чем больше парциальное давление па­ ров и меньше скорость диффузии, тем больше необходимо времени для испарения одного и того же количества воды.

Качество распыла зависит от скорости движения и диаметра капель (см. рис. 27). Скорость движения (вы­ лета) капель из форсунки при изменении давления пода­ чи от 1 до 25 атм увеличивается от 16 до 32 м/с. Диаметр капель изменяется обратно пропорционально квадрату скорости движения капли и избыточному давлению в ци­ линдре. Повышая давление воды в форсунке, можно значительно увеличить поверхность испарения и коли­ чество испаренной воды в единицу времени, а также ускорить снижение температуры воздуха в цилиндре.

Во время движения капли в цилиндре процесс ее ис­ парения может протекать двояко: диффузионное испаре­ ние с поверхности или кипение, т. е. испарение из всего объема. Границей между зонами являются точки, где температура поверхности капли становится равной тем­ пературе кипения воды при данном давлении. Пока тем­ пература ее поверхности остается ниже температуры ки­ пения воды, у поверхности образуется слой насыщенного при этой температуре пара и скорость испарения опреде­ ляется скоростью диффузии этого пара в окружающую среду. Как только температура поверхности капли будет равна температуре кипения воды, упругость насыщен­ ного пара сделается больше внешнего давления, диффу­ зия паров в окружающую среду резко возрастет и в еди­ ницу времени испарится большее количество воды.

Температуру кипения воды в зависимости от давле­ ния можно выразить формулой:

А — lgР ’

79

где А, а — коэффициенты, зависящие от температуры ки­

пения.

При температуре кипения от 373 до 473К А = 5,6485; а=2101,1. Следовательно, при давлении воздуха в I сту­ пени 1,0—3,5 бар температура кипения воды составляет 373—412°К, а при давлении воздуха во II ступени 3,5—- 7,5 бар равна 412—44Г7С. Из этого следует, что в про­ цессе всасывания, когда температура всасываемого воздуха значительно ниже температуры кипения воды, будет происходить незначительное испарение с по­ верхности капель. В остальных случаях характер испарения влаги зависит от характера процесса и, следовательно, от температуры в цилиндре.

Некоторую роль играет температура впрыскиваемой воды, так как время процесса мало и при низких темпе­ ратурах воздуха процесс испарения очень незначителен.

низкая. Всасываемый воздух и впрыскиваемая вода бу­ дут нагреваться от стенок цилиндра, крышки и поршня. Во время сжатия и нагнетания и резкого увеличения температуры сжимаемого воздуха его тепло будет интен­ сивно расходоваться на нагрев стенок и испарение воды.

Усиливая охлаждение процесса впрыском влаги, не­ обходимо учитывать непостоянство скрытой теплоты парообразования, которая уменьшается с повышением давления в цилиндре и температуры насыщения (рис. 28) и определяется по формуле:

г = i" — ndj/cjicz,

где t" — энтальпия сухого пара, кдж/кг\

i' — энтальпия кипящей воды, кдж/кг.

Процессы изменения параметров воздуха в цилиндре можно разделить на два вида: протекающие при постоян­ ном давлении (процессы всасывания и нагнетания); про­ текающие при переменном давлении (процессы сжатия и расширения).

Во всех процессах изменение параметров воздуха мо­ жет идти в двух фазах или газовой фазе. Двухфазовые процессы нецелесообразны, так как в воздухе остается неиспарившаяся влага, ухудшающая условия смазки

8 0

Rue. 28. Определение скрытой теплоты парообразования в ци­ линдре в зависимости от температуры кипения воды и температуры ее кипения от давления воздуха в цилиндре:

г —скрытая теплота парообразования, кдж/кг; Р — давление воздуха, б а р (абсолютное) \ t —температура кипения, °С.

цилиндра и снижающая технико-экономические показа­

тели работы компрессора.

При изменении параметров воздуха пары воды нахо­ дятся в перегретом состоянии, а смесь воздуха и пара можно рассматривать как смесь двух газов. При постоян­ ном давлении воздуха плотность пара в смеси в началь­

где Р\—давление воздуха в процессе, н/м2.

Условие постоянства давления дает дополнительное соотношение постоянства сумм парциальных давлений:

т. е. плотности пара в смеси обратно пропорциональны температурам. Тогда при насыщении воздуха

В период работы компрессора процесс расширения воздуха в мертвом пространстве цилиндра идет с пони­ жением температуры и давления, а процесс сжатия— с их повышением.

При протекании процесса в газовой фазе соотношение параметров состояния воздуха определяется формулами:

82

(индексы 1 и 2 означают начало и конец процесса). Используя уравнения политропного процесса, нахо­

дим:

В момент насыщения воздуха, т. е. при ср2, равной единице,

Формулы (1) и (2) правильно отражают изменение параметров воздуха только в том случае, если время про­ цесса бесконечно, но так как время процесса незначи­ тельно (для компрессоров со скоростью вращения вала 167 об/мин оно составляет 0,359 сек), капельная влага в- сжимаемом воздухе будет образовываться при ср2 < 1

ипоявится в цилиндре при температуре воздуха, близкой

ктемпературе кипения воды при среднеиндикаторном давлении в цилиндре. Появление капельной влаги про­

исходит при определенной влажности <р2, зависящей

от температуры и влажности всасываемого воздуха, и определяется по формуле:

при температуре сжатого воздуха за последней ступенью не выше 120° С. Обеспечение данного условия возможно при впрыске не менее 12,5 г воды на 1 кг воздуха в ци­

*2=120° С)..

При значительном впрыске воды в цилиндре появит­ ся неиспарившаяся влага.

8.4

Рис. 29. Номограмма для определения необходимого количества воды, впрыскиваемой в компрессор при различных режимах его

работы:

Для обеспечения полного испарения необходимо при температуре наружного воздуха 23° С подавать не более 12,8 а воды на 1 кг воздуха, а при температуре 30° С—не более 15,9 г (см. рис. 20, кривая ton).

Таким образом, для получения максимальной произ­

65