книги из ГПНТБ / Трушин, В. Н. Механическое оборудование и установки курс лекций

167

где уд - объемный вес воздуха перед всасывающим клапаном;

у- объемный вес поступившего в цилиндры подогретого

воздуха.

Коэффициент Лло3 не может быть определен по индикаторной диаграмме, так как он оценивает потери объема по отношению к начальному объему в результате изменения веса газа. Он зависит от степени повышения давления: чем выше степень повышения дав­ ления, тем больше температура в конце сжатия, а следовательно, и средняя температура стенок цилиндра. Для компрессоров не­ больших производительностей коэффициент подогрева определяют по эмпирической формуле

Влияние всех рассмотренных выше факторов приводит к тому, что объем газа, поданного в нагнетательный трубопровод и отне­ сенного к условиям всасывания, оказывается меньше объема, опи­ сываемого поршнем.

Отношение действительного объема газа V , поступившего в нагнетательный трубопровод, к объему ѴЛ , описываемому порш­ нем за ход всасывания (рис.ІО.8), называется коэффициентом по­ дачи А :

Л =

Здесь V - объем газа, поданного в нагнетательный трубопро­ вод и отнесенного к условиям всасывания (т.е. при давлении-р и температуре Tf ).

Пересчет с условий нагнетания ( рг , Т2 , V ) на условия всасывания производится на основании уравнения

Pi Т.

Ѵ= V. Р, Г

Коэффициент подачи можно' представить как следующее произ­ ведение

Количественное определение каждого из коэффициентов, вхо­ дящих в значение коэффициента эффективности всасывания, пред­ ставляет значительные трудности. Поэтоиу для оценки коэффици­

Для исправных поршневых компрессоров значение А3 =0,8*0,97. Необходимо отметить, что на значение этого коэффициента

большое влияние оказывает качество сборки, износ деталей поршневой группы и ухудшение условий охлаждения компрессора.

Действительную производительность поршневого компрессора подсчитывают по формуле

S- ход поршня, м;

п- число оборотов вала, об/мин.

Потребители сжатого газа обычно интересуются не произво­ дительностью компрессора, а его подачей, т.е. количеством газа, сжатого до необходимого давления и имеющего определен­ ную температуру. Однако подача компрессора является величиной непостоянной и зависит от внешних, совершенно не связанных с работой компрессора, условий: барометрического давления, тем­ пературы окружающего воздуха и его влажности. Поэтому величи­ на подачи не может служить мерой производительности и не га­ рантируется заводами-изготовителями.

§Ю Л . МАКСИМАЛЬНО ДОПУСТИМАЯ СТЕПЕНЬ ПОВЫШЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА В СТУПЕНИ

Пределами, ограничивающими степень повышения давления га­ за в одной ступени, являются минимально допустимые объемный к.п.д. и температура газа в конце сжатия.

Из уравнения (10.10) видно, что при увеличении отношения

170

Иэвѳстно, что чем больше отношение -jf- , тем выше темпе­ ратура rasa в конце сжатия. Пределами, ограничивающими повыше­ ние температуры, являются температура вспышки Т и темпера­ тура разложения применяемого смазочного масла.

Минеральные компрессорные масла имеют температуру вспышки около 200 - 240°С, а их разложение с образованием взрывчатых смесей начинается при более низкой температуре порядка

150 - І60°С.

Значения давления и температуры газа при адиабатическом его сжатии связаны следующей зависимостью:

возгорания масла, смазывающего цилиндр компрессора, и могут появиться температурные деформации и другие явления, вызван­ ные большим нагревом стенок цилиндра. Поэтому одноступенчатые компрессоры применяются для сжатия газа до давлений не более

6 - 7 атм.

§ 10.5. МНОГОСТУПЕНЧАТОЕ СЖАТИЕ

Многоступенчатое сжатие газов применяется для получения более высоких давлений, которые невозможно получить в односту­ пенчатом компрессоре по следующим причинам:

1.Возрастание степени повышения давления вызывает умень­ шение коэффициента подачи А одноступенчатого компрессора. При степенях повышения давления в > еКр коэффициент подачи и производительность компрессора навны нулю.

2.Чем больше степень повышения давления, тем выше темпе­ ратура нагнетаемого газа. Увеличение температуры вызывает

ухудшение условий смазки, а при сжатии кислородосодержащих газов может произойти взрыв.

I7I

3. Чем больше степень повышения давления, тем больше раз­ ница между работой, соответствующей идеальному изотермическому процессу, и работой действительного политропичѳского процесса,

всвязи с чем увеличивается затрата мощности двигателя.

4.Очень большие давления, действующие на площадь поршня, приводят к утяжелению конструкции деталей компрессора, повыше­ нию их износа, а также уменьшению механического к.п.д.

Уменьшение степени повышения давления в ступени доестс5-8

иприменение последовательного многоступенчатого сжатия с про­ межуточным охлаждением газа между ступенями исключает влияние перечисленных выше факторов и обеспечивает создание надежных

вэксплуатации поршневых компрессоров высокого давления.

Принципиальная схема многоступенчатого сжатия изображена на рис.ІО.12. По этой схеме в цилиндре первой ступени ras сжи­ мается от давления р0 до некоторого промежуточного давления р.

Рис.10.12. Принципиальная схема многоступенчатого сжатия

Затем газ проходит через холодильник первой ступени, где его температура при постоянном давлении р{ снижается от tt до t0 . Далее газ направляется в цилиндр второй ступениЗдесь он сжимается до еще более высокого давления рг , затем проходит через холодильник второй ступени, поступает в третью ступень и так далее, пока не достигнут необходимого конечного давления.

Промежуточные давления выбираются такими, чтобы к.п.д. ступени был наибольшим.

Рассмотрим теоретический процесс двухступенчатого сжатия с промежуточным.охлаждением, диаграмма которого представлена на рис.10.13. При этом примем следующие допущения:

- охлаждение газа в межступенчатом холодильнике происходит при постоянном давлении до температуры всасывания его в первую ступень;

172

- движение газа в коммуникациях между ступенями происходит без сопротивления, и давление нагнетания предыдущей ступени равняется давлению всасывания последующей;

-степень повышения давления по всем ступеням одинакова;

-процесс сжатия в каждой ступени является адиабатическим. Все остальные допущения, принятые при рассмотрении теоре­

тических процессов сжатия в одноступенчатом поршневом идеаль­ ном компрессоре.остаются в силе.

В цилиндр первой ступени засасывается объем газа,равный Ѵ(. Процесс всасывания изображен на диаграмме отрезком а-1 . Сжатиѳ газа происходит по адиабате 1-2 до давления нагнетания пер­

ни газ поступает в концевой холодильник, а затем к потребителю. Таким образом, теоретический процесс двухступенчатого сжа­

тия представляет собой два теоретических процесса одноступен­ чатого сжатия. Работа компрессора при двухступенчатом сжатии

ческом процессе дало бы затрату работы, выраженную на диаграм­ ме площадью а -1-6- с - а . Экономия работы при применении двухступенчатого сжатия в этих условиях определится величиной заштрихованной площади 2-3-4-6. Уменьшение работы компрессора при двухступенчатом сжатии произошло потому, что после I сту-

173

нени газ охлаждался. Это уменьшение затрат работы будет тем больше, чем до более низкой температуры будет охлаждаться газ в промежуточном холодильнике. Обычно снижение температуры газа

дает. Вместе с тем, при двухступенчатом сжатии по сравнению с изотермическим процессом одноступенчатого сжатия имеет место перерасход работы. При изотермическом процессе работа компрес­ сора на диаграмме р - Ѵ (рис.10.13) выражается площадью а-I-5-с.

Применение многоступенчатого сжатия и промежуточного охлаж­ дения газа приближает весь процесс сжатия в компрессоре к изо­ термическому, причем степень приближения будет тем выше, чем большее число ступеней пройдет газ при сжатии до конечного значения давления. Многоступенчатое сжатие приводит не только

Следовательно, работа L g при заданных начальном и конеч­ ном состояниях является функцией промежуточного давления р{ . Для определения давления р , при котором величина L ag будет минимальной, возьмем от уравнения (10.17) производную по pf и

приравняем ее нулю:

174

откуда

H-, _J_ 2k-I

Р / Р ? - Р г P, W = 0 -

ИЛШ

_іЫ t£± K-1

P, K =PoH Pz

И окончательно

Р Г Р о Р г ■

Тогда

Из выражения (10.18) следует, что минимальное значение ра­ боты будет при равенстве отношений давлений в ступенях (при равенстве степеней повышения давления).

Распространяя полученный результат на любое количество ступеней z , можно заключить, что теоретический процесс сжа­ тия в многоступенчатом компрессоре будет наиболее выгодным в том случае, когда степени повышения давления во всех ступенях будут одинаковы, т.е.

туи

2

£er = eобщ

175

откуда

ecr Р в и 4

P o

Работа, затрачиваемая компрессором в этом случае, опреде­ лится следующим образом:

-/

где Tj - температура газа перед сжатием.

В действительности многоступенчатые компрессоры не имеют равномерного распределения работ по ступеням по следующим при­ чинам:

- показатели политроп сжатия неодинаковы из-за различного охлаждения цилиндров разных ступеней;

-значения относительной величины вредного пространства по отдельным ступеням различны (в ступенях высокого давления они больше, чем в ступенях низкого давления);

-охлаждение газа в промежуточных холодильниках осущест­ вляется не полностью, а с некоторым недоохлаждением (из-за не­ совершенства процесса теплопередачи в холодильниках);

-степени повышения давления приходится выбирать различны­ ми из условий получения динамически уравновешенной работы ком­ прессора.

При рассмотрении теоретического процесса установка каждой новой ступени дает выигрыш в индикаторной работе, так как при­ ближает процесс к изотермическому. В действительном процессе выигрыш от установки новой ступени будет меньше, чем в теоре­ тическом, на величину сопротивлений в клапанах и мѳжступѳнча-

176

тых коммуникациях новой ступени. В действительности может ока­ заться, что при установке какой-то новой г -й ступени про­ изойдет не уменьшение, а увеличение суммарной индикаторной ра­ боты, так как выигрыш от охлаждения будет меньше, чем увеличе­ ние сопротивлений в новой ступени.

На основании вышеизложенного очевидно, что при данной об­ щей степени повышения давления 6обіц существует оптимальное ко­ личество ступеней, при котором конструкция компрессора оказы­

§ 10.6. МОЩНОСТЬ И К.П.Д.

Работа, определенная по индикаторной диаграмме, которая представляет собой снятый опытным путем график зависимости давления в цилиндре от описываемого поршнем объема, носит на­

звание индикаторной рабо­ ты. Площадь индикаторной

где l‘UHg - площадь индикаторной диаграммы;

п- число оборотов вала компрессора в минуту.