Инструкции к установкам / Сосуды, работающие под давлением

патрубке. Гидравлические потери во всасывающих и нагнетательных клапанах приводят к уменьшению производительности и увеличению потребляемой компрессором мощности.

Потери давления на гидравлические сопротивления в клапанах будут непостоянными в течение хода движения поршня, так как скорость протекания воздуха в клапанах будет переменна и будет зависеть от переменной скорости поршня.

3.В идеальном компрессоре давление и температура газа в процессах всасывания и нагнетания постоянны. В действительном компрессоре газ, поступающий в цилиндр во время всасывания, нагревается за счет контакта с нагретыми частями крышки цилиндра, клапанов, цилиндра и поршня. Таким образом, температура газа в цилиндре в конце всасывания будет выше, чем температура воздуха во всасывающем патрубке. Воздух в цилиндре в конце всасывания будет иметь меньшую плотность, чем в том случае, если бы подогрева воздуха не было. Следовательно, поступление газа по массе в цилиндр будет меньше, если есть подогрев его при всасывании.

Давление во всасывающем и нагнетательном патрубках в результате периодических процессов всасывания и нагнетания не будет постоянными, а будут колебаться за счет пульсации давления в трубопроводах, примыкающих к патрубкам. Эти колебания давления, усиливающиеся в значительной степени в резонансном режиме, могут значительно влиять на производительность и мощность компрессора.

4.В идеальном компрессоре показатель политропы сжатия постоянен. В действительном компрессоре в процессах сжатия, расширения, нагнетания и всасывания происходит теплообмен между газом и стенками цилиндра, а также крышками цилиндра и поршня. На теплообмен будет оказывать большое влияние тепловая инерция металлических элементов. Таким образом, интенсивность теплообмена будет все время изменяться, т.е. будет изменяться показатель политропы расширения и сжатия. Так, например, при сжатии до определенного момента, пока температура газа меньше температуры стенок цилиндра, тепло от стенок цилиндра будет передаваться газу, т.е. часть сжатия будет идти с подводом тепла, затем при дальнейшем сжатии температура газа становится выше температуры стенок цилиндра и тепло будет отводиться от

газа. Следовательно, в начале процесс идет с показателем m k, в конце сжатия m < k .

5.В идеальном компрессоре нет потерь мощности на трение и нет утечек воздуха через неплотности. В реальном компрессоре часть мощности, подводимой к компрессору, расходуется на преодоление трения в местах контакта в цилиндре (например, поршневые кольца - стенки цилиндра, в сальниках и др.), и эта мощность превращается в тепло и частично передается газу, подогревая его.

6.Через неплотности, образующихся в местах контакта (зазоры в сальниках, поршневых уплотнениях и т.д.) газ утекает из рабочей полости или наоборот притекает извне. Следовательно, даже в процессах сжатия и обратного

21

расширения не будет постоянного количества воздуха в цилиндре. Все эти утечки и перетечки через неплотности рабочей полости будут уменьшать производительность и увеличивать удельные затраты энергии на сжатие воздуха.

Рассмотрим влияние вредного пространства. В реальном компрессоре поршень никогда не подходит вплотную к крышке цилиндра. Между ними всегда остается зазор, которому соответствует остаточный объем V0, называемый вредным пространством. В результате этого в процессе 2-3 не весь газ выталкивается из цилиндра, часть его остается и при обратном ходе поршня расширяется по линии 3-4, а всасывание начинается лишь от точки 4 (рис. 7). В связи с этим производительность компрессора уменьшается. Действительно, хотя рабочий объем цилиндра, заключенный между крайними положениями поршня, равен Vр объем всасываемого газа (т. е полезный объем цилиндра) составляет лишь Vд.

Рис. 7.

Помимо вредного пространства на характер индикаторной диаграммы реального компрессора влияют и другие факторы, в основном сопротивление всасывающего и напорного клапанов, которое приводит к тому, что линия всасывания располагается несколько ниже изобары Р1, а линия нагнетания – несколько выше изобары Р2 (рис. 8). Легко понять, что этим увеличивается затрата технической работы (измеряемой площадью индикаторной диаграммы) по сравнению с теоретической диаграммой.

22

Рис. 8

Очевидно, чем выше конечное давление и, следовательно, чем меньший объем занимает газ в конце сжатия, тем большая доля его остается во вредном пространстве. В пределе, когда конечный объем газа уменьшается до V0, производительность компрессора становится нулевой. В этом случае находящийся в компрессоре газ просто сжимается во вредном пространстве, а при расширении опять заполняет весь цилиндр.

Метод отсеченного объема.

Расход – это физическая величина, определяемая количеством жидкости или газа, проходящих через трубу или русло в единицу времени. Различают объемный расход Q, когда количество вещества измеряется в объемных единицах, и массовый М, когда оно измеряется в единицах массы.

Метод измерения расхода по изменению давления в емкости основан на газовых законах, а именно на уравнении Менделеева - Клапейрона:

PV=MRT

где Р - давление газа, V - объем, занимаемый газом, М - масса газа, R - газовая постоянная, Т- температура газа.

Рассмотрим истечение газа из резервуара. Схема измерения приведена на рисунке 9.

Рис. 9

23

Таким образом, измеряя давление и температуру для двух состояний газа в емкости через время t можно определить средний объемный расход газа из емкости, приведенный к нормальным условиям:

где НУ - плотность газа при нормальных условиях (давлении НУ=101325 Па и температуре НУ=293К).

Однако, при применении датчиков температуры с большой инерционностью и больших расходах, т.е. быстром падении давления в ресивере, достоверно измерить можно только конечное давление. В таком случае принимают какой-либо из законов расширения газа - адиабатический или изотермический.

Для адиабатического истечения из емкости

где γ- показатель адиабаты для воздуха (принять γ=1.4) Для изотермического истечения

Для случая нагнетания в емкость расход вычисляется по формулам (9)-(11):

= ( 2 − 1) НУ (9)2 1 НУ

Порядок выполнения работы:

1.Ознакомиться с краткой теорией и описанием стенда.

2.Перед пуском компрессора открыть клапан сброса и убедиться отсутствии избыточного давления в ресивере стенда.

Подключить стенд к сети.

3.Измерить температуру воздуха и давление в ресивере перед началом работы

Т1 и Р1и соответственно.

Закрыть клапан сброса, открыть клапан подачи и включить компрессор, контролируя давление в ресивере и время работы компрессора t.

4. После достижения давления в ресивере P2и =0,15 МПа выключить компрессор и занести в таблицу 1 значения:

24

•времени заполнения ресивера воздухом t;

•конечного избыточного давления в ресивере P2и;

•конечной температуры воздуха в ресивере T2;

5. Открыть клапан сброса, выпустить воздух из ресивера.

6.Повторить пункты 3-4 достигая давления в ресивере 0,3 и 0,5 МПа.

7.Выключить компрессор. Вычислить Р2[Па]=P2и[Па]+ 101325[Па]; Р1[Па]=P1и[Па]+ 101325[Па]; вычислить Q, QA, QИ по формулам (9)-(11) (принять НУ=101325 Па, НУ=293К, V= 24 л=24∙10–3м3). Занести полученные результаты в таблицу 1.

Таблица 1.

8. Сравнить полученные значения подачи компрессора для разных давлений нагнетания. Проанализировать результаты, сделать выводы.

25

Лабораторная работа 4. Изучение конструкции предохранительного клапана пружинного типа. Настройка предохранительного клапана пружинного типа.

Цель работы: Изучение конструкции предохранительного клапана пружинного типа. Настройка предохранительного клапана пружинного типа.

Краткая теория: Предохранительный клапан – трубопроводная арматура, предназначенная для защиты от механического разрушения оборудования и трубопроводов избыточным давлением путём автоматического выпуска избытка жидкой, паро- и газообразной среды из систем и сосудов с давлением сверх установленного. Клапан также должен обеспечивать прекращение сброса среды при восстановлении рабочего давления. Предохранительный клапан является арматурой прямого действия, работающей непосредственно от рабочей среды, наряду с большинством конструкций защитной арматуры. Рассмотрим конструкцию пружинного предохранительного клапана (рис. 1).

Рис. 1

Обязательными компонентами конструкции предохранительного клапана прямого действия являются запорный орган и задатчик, обеспечивающий силовое воздействие на чувствительный элемент, связанный с запорным органом клапана. Запорный орган состоит из затвора и седла. В

26

клапане, изображенном на рис. 1 затвором является золотник, а задатчиком выступает пружина. С помощью задатчика клапан настраивается таким образом, чтобы усилие на золотнике обеспечивало его прижатие к седлу запорного органа и препятствовало пропуску рабочей среды, в данном случае настройку производят специальным винтом.

Когда предохранительный клапан закрыт, на его чувствительный элемент воздействует сила от рабочего давления в защищаемой системе, стремящаяся открыть клапан и сила от задатчика, препятствующая открытию. С возникновением в системе возмущений, вызывающих повышение давления свыше рабочего, уменьшается величина силы прижатия золотника к седлу. В тот момент, когда эта сила станет равной нулю, наступает равновесие активных сил от воздействия давления в системе и задатчика на чувствительный элемент клапана. Запорный орган начинает открываться, если давление в системе не перестанет возрастать, происходит сброс рабочей среды через клапан.

С понижением давления в защищаемой системе, вызываемом сбросом среды, исчезают возмущающие воздействия. Запорный орган клапана под действием усилия от задатчика закрывается.

Давление закрытия в ряде случаев оказывается на 10-15 % ниже рабочего давления, это связано с тем, что для создания герметичности запорного органа после срабатывания требуется усилие, значительно большее, чем, то, которого было достаточно для поддержания герметичности клапана перед открытием. Это объясняется необходимостью преодолеть при посадке силу сцепления молекул среды, проходящей через щель между уплотнительными поверхностями золотника и седла, вытеснить эту среду. Также понижению давления способствует запаздывание закрытия запорного органа, связанное с воздействием на него динамических усилий от проходящего потока среды, и наличие сил трения, требующих дополнительного усилия для его полного закрытия.

Для описания работы предохранительного клапана применяют следующие характеристики:

Давление настройки предохранительного клапана — это наибольшее избыточное давление на входе в клапан, при котором затвор закрыт и обеспечивается заданная герметичность перекрытия.

Давление начала открытия (подрыва, установочное давление) — давление при котором происходит подрыв затвора и незначительный сброс среды. У большинства предохранительных клапанов давление начала открытия примерно на 3% превышает давление настройки.

27

Давление полного открытия — наименьшее давление на входе в предохранительный клапан, при котором наступает полное открытие запорного органа. У предохранительных клапанов двухпозиционного действия давление полного открытия равно давлению начала открытия. У клапанов пропорционального действия давление полного открытия превышает давление начала открытия примерно на 10%.

Давление закрытия (притирания или обратной посадки) — наибольшее давление, при котором наступает полная посадка затвора на седло и герметичное перекрытие потока. У предохранительных клапанов пропорционального действия, давление закрытия, на 10-20% ниже давления настройки, это связано с дополнительным преодолением динамического давления проходящей среды.

Расчётное давление (максимально допустимое давление) — избыточное давление на которое производится расчёт прочности сосуда (системы) или максимальное давление, устанавливаемое изготовителем оборудования. Давление полного открытия предохранительного клапана, не должно превышать расчётного давления.

Пропускная способность предохранительного клапана — расход рабочей среды, сбрасываемый клапаном, при конкретных значениях давления на входе в клапан и выходе из него, определённом значении температуры рабочей среды и определённом ходе золотника.

Рис. 2 поясняет написанное выше.

Рис. 2

28

Порядок выполнения работы:

1.Ознакомиться с устройством стенда и описанием стенда.

2.Описать принцип работы пружинного предохранительного клапана.

3.Подключить стенд к сети.

3.Закрыть клапан сброса, открыть клапан подачи; полностью открыть предохранительный клапан (вращая ручку против часовой стрелки до упора), включить компрессор.

4.Произвести настройку клапана, для этого закручивать рукоятку клапана до установления в ресивере желаемого давления по манометру.

5.Проанализировать результаты, сделать выводы.

29

Лабораторная работа 5. Изучение конструкции предохранительного клапана рычажного типа. Настройка предохранительного клапана рычажного типа.

Цель работы: Изучение конструкции предохранительного клапана рычажного типа. Настройка предохранительного клапана рычажного типа.

Краткая теория: Рычажным клапаном называют устройство, в котором запорный орган герметизируется с рычажного механизма. Предназначение таких клапанов неизменно – сброс лишнего объема рабочей среды в случае чрезмерного повышения давления.

Рис. 1. Внутреннее устройство рычажного предохранительного клапана

1.Впускное отверстие; 2. Выпускное отверстие; 3. Седло клапана; 4. Золотник; 5. Груз; 6. Рычаг.

Для герметичного закрытия сёдел больших диаметров требуются тяжелые грузы на длинных рычагах, что может вызвать сильную вибрацию устройства. В этих обстоятельствах используют клапана, внутри которых сечение сброса среды образовано двумя сёдлами, которые перекрываются двумя золотниками при помощи двух рычагов с грузами.

Настройка рычажно-грузового клапана, как уже было отмечено выше, осуществляется при помощи перемещения груза по рычагу. После того, как необходимое давление было настроено, груз фиксируется болтами, накрывается защитным кожухом и закрывается на замок. Это делается для исключения несанкционированного изменения настроек. В качестве груза зачастую используются фланцы.

30