Uch_posobie_Nurutdinova_R_G
.pdf
|
Все эти параметры находятся в зависимости от физического состояния газа и |
||||||
его |
термодинамических показателей, а именно: абсолютной |
температуры |
T=t |
||||
C+273K, абсолютного давления P PМАН |
РБАР , Па (РМАН - давление |
по манометру, |
|||||
РБАР |
- атмосферное давление по барометру) |
и плотности |
газа |
р, |
кг/м3 ( |
1 |
V - |
|
|||||||
удельный объем м3/кг).
Эти параметры для идеального газа связывают уравнение Клайперона - Менделеева для 1 кг массы:
где |
R |
– |
газовая |
постоянная |
(для |
воздуха |
R |
=287Дж/кг К) |
|
|
Vид - удельный объем идеального газа. |
|
|
|
|
||||
Для |
конечных |
объемов газа V |
уравнение |
состояния |
|
записывается |
в |
||
следующей форме:
где М-масса газа, кг.
Произведение pV = L представляет собой работу.
L
Работа для 1 кг массы газа pV Дж/кг - удельная работа.
M
Эти уравнения применимы для расчета компрессоров, работающих в условиях низких и средних давлений и температур. При высоких давлениях реальные газы не подчиняются уравнению состояния идеального газа и требуют поправки на сжимаемость 
= f(p, t).
|
9.4 Поршневые компрессоры, их классификация |
|
|
||
|
Поршневые компрессоры классифицируются по |
следующим принципам их |
|||
конструктивного исполнения: |
|
|
|
|
|
1 |
По расположению |
осей |
компрессоры |
бывают |
горизонтальные, |
вертикальные, угловые, оппозитные. |
|
|
|
||
2 |
По числу рядов цилиндров - однорядные и многорядные. |
|
|
||
121
3 |
По |
соединению |
поршневой |
группы с коленчатым |
валом: крейцкопфные |
и безкрейцкопфные, |
шатун которых присоединен к поршню при помощи |
||||
плавающего пальца. |
|
|
|
||
4 |
По |
приводу - |
приводные, газомотокомпрессоры, |
дизелькомпрессоры со |
|
свободными поршнями.
5По виду охлаждения - с водяным и с воздушным охлаждением.
6По виду рабочего агента - воздушные, газовые.
9.5 Работа, совершаемая поршнем за один цикл.
Работа, совершаемая поршнем, равна площади индикаторной диаграммы. Эта площадь равна Sobcd + Sbtec - Saeto.
Работа, совершаемая поршнем S = Sвc + |
Scж – Sвыт , |
Sвыт=pHVНl |
- |
площадь abcd - работа на вытеснение, Sec = -peV |
- площадь aeto |
- работа |
на |
всасывание (рисунок 9.1). |
|
|
|
Рисунок 9.1
Найдем работу на изотермическое сжатие. Изотермическое сжатие:
pвVв pV ,
122
|
|
|
|
V |
|
V |
|
pв |
|
, |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
в |
|
p |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
pn |
|
dp |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
pН |
|
||
S |
|
|
|
p V |
|
|
p |
V ln |
|
, |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
сж |
p |
в |
в в |
p |
|
|
|
|
в |
|
|
в |
pв |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S |
|
p |
|
V |
|
ln |
pН |
. |
|
|
||||||
|
|
сж |
в |
в |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
pв |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Таким образом, полная работа при изотермическом сжатии
Чтобы осуществить изотермическое сжатие, надо отвести все тепло, выделяемое в процессе сжатия. В компрессоре циклы работы повторяются с большой частотой,
поэтому полный отвод тепла осуществить невозможно, частичный же отвод тепла происходит за счет охлаждения стенок цилиндра. В этом случае в процессе сжатия происходит изменение температуры газа, линия сжатия поднимается еc' поднимается круче, чем линия изотермы еc, и представляет собой политропу с показателем п > 1.
Эта политропа описывается уравнением
pV n const .
Площадь диаграммы ес 'da соответствует работе политропического цикла компрессора.
Определим работу поршня за один цикл при политропическом сжатии газа:
123
Для адиабатического процесса по аналогии имеем:
Действительная индикаторная диаграмма (которая выражает действительную работу) значительно отличается от теоретической, рассмотренной выше.
Когда закан чивается процесс вытеснения, не весь объем выталкивается из рабочей камеры, часть газа остается в выемках каналов и зазоре между поршнями и верхней крышкой цилиндра. Этот объем называется вредным пространством. Объем газа в рабочей камере складывается из объема, действительно подаваемого после сжатия и объема газа во вредном пространстве
Работа, затраченная на сжатие газа в рабочей камере:
Обычно с некоторым приближением принимают (рисунки 9.2,а, 9.26):
S S сж.под , при этом Sсж.вр S расш.вр .
Рисунок 9.2 - Теоретическая диаграмма с вредным пространством
pКН и pKl - потери давления.
Рисунок 9.3 - Действительная диаграмма с вредным пространством.
124
9.6. Производительность и подача поршневого компрессора
Производительностью компрессора называют количество газа, подаваемое им в единицу времени, на состояние его в условиях входа в компрессор.
Производительность является геометрической характеристикой компрессора и определяется по формуле
|
|
|
|
|
|
|
Q |
Vn n, |
|
|
|
где |
- коэффициент подачи; |
|
|
|
|||||||
|
|
|
D2 |
|
|
|
|
||||
Vn |
|
|
|
|
|
- для компрессора одностороннего действия; |
|||||
4 |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
D2 |
|
|
D2 |
|
|
|
|
|
Vn |
|
|
|
|
|
m |
- для компрессора двустороннего действия. |
||||
2 |
4 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||
Коэффициент подачи зависит от многих |
факторов и определяется по формуле |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
p |
V |
Г Т ; |
|
|
где |
P - коэффициент давления учитывает сопротивление всасывающих |
||||||||||
клапанов, наличие |
перепада давления в клапане |
вызывает расширение газа после |
|||||||||
клапана, что |
уменьшает количество входящего |
газа ( |
0,95 0,98); |
||||||||
V - объемный коэффициент, учитывает влияние величины вредного
пространства
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
VВР |
|
pВС |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
V |
1 |
|
|
|
|
|
|
1 , V 0,80 |
|
0,95 ; |
|
Vh |
|
pH |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Г- коэффициент герметичности, учитывает утечки через клапан,
поршневых кольцах |
и сальниках компрессора |
Г - 0,98 0,95; |
|
Т - коэффициент подогрева, |
учитывает повышение |
температуры |
|
газа, попавшего |
в цилиндр благодаря |
соприкосновению его |
с горячими |
стенками цилиндра и поршня:
125
Производительность |
и подача для компрессора не совпадают. Величину |
подачи |
относят к нормальным |
или стандартным условиям. |
|
9.7 Многоступенчатое сжатие
Одноступенчатый компрессор может сжимать давления 5-7 атм.
Сущность |
применения |
многоступенчатого сжатия со стоит в том, что |
в каждой |
ст упени газ |
сжимают до небольшой величины, затем |
охлаждают и подают на следующую ступень.
Преимущества многоступенчатых компрессоров следующие:
1 Выигрыш в затрате энергии на сжатие.
2 Ограничение температуры конца сжатия.
3 Более высокий коэффициент подачи.
4Рассмотрим индикаторную диаграмму двухступенчатого сжатия с полным промежуточным охлаждением, предполагая, что процесс сжатия происходит по адиабате
(рисунок 9.4).
Рисунок 9.4
р - давление после первой ступени (перед второй ступенью)
Суммарная работа в двух ступенях будет
|
|
|
|
|
k |
|
k |
pН |
|||
|
|
|
|
|
k 1 |
Sад Vв pв |
|
|
|
|
|
k 1 |
pв |
||||
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
k |
pН |
|
|
|||
|
|
|
|
|
k |
1 |
|
1 Vp |
|
|
|
|
|
1 |
|
k 1 |
pв |
||||||
Так как промежуточное охлаждение полное, т.е. |
t t1 , то Vp Vв рв |
|||||||||||
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
k |
|
|
|
|
k |
p |
|
|
|
pн |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
k 1 |
|
|
k |
1 |
|
||
тогда Sад Vв pв |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 . |
|
|
k 1 |
pd |
|
|
|
pв |
|
||||||
Чтобы определить, при |
каком |
|
значении р |
адиабатическая работа будет |
||||||||
наименьшей, возьмем первую производную Saд no p |
и приравняем к нулю: |
|||||||||||
126
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
|||||||
|
Sад |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
pН |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
0 ; |
|
||||
|
p |
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
pв |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
pв |
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
(k 1) |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
k 1 |
|
|
|
|
k 1 |
|
k |
1 |
1 |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
Sад |
Vв |
|
|
pв |
|
|
|
|
k |
p k |
|
|
|
p |
Н |
k |
p k |
|
|
0 ; |
|||||||||||||||||||||||
k |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
k |
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
1 |
|
|
2k 1 |
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
pН |
p |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
pв k |
|
p |
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
0 ; |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
2k 1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
1 |
|
|
|
k |
1 |
|
|
|
|
|
K 1 |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
pв 2 K |
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
pв |
|
|
|
p k |
|
|
|
|
|
pН |
|
pв |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
k |
k |
|
|
; |
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
pH |
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
pв |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p2 |
|
|
|
pH pв . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Это есть условия наивыгоднейшего давления p.
Таким образом, степени сжатия в двухступенчатом компрессоре должны быть одинаковым
pH |
|
p |
2 ; |
p |
|
pв |
|
|
|
p2 . p1
Для z ступеней:
z p2 .
p1
Увеличение числа ступеней ведет к приближению процессов сжатия к изотермическому сжатию (при котором работа на сжатие газа минимальная). Однако большое число ступеней приводит к усложнению конструкции компрессора, увеличению потерь в клапанах и системах охлаждения (холодильниках) между ступенями.
Вопрос выбора оптимального числа ступеней сжатия в компрессоре решается не
только по затраченной энергии, но и с учетом затрат на изготовление
компрессора, регулярности его работы и амортизационному сроку службы.
В практике компрессоростроения встречаются, различны соотношения между числом ступеней и конечным давлением. Эти соотношения представлен в таблице 9.1.
Таблица 9.1
127
Число |
|
1 |
|
2 |
|
|
3 |
|
|
4 |
|
|
|
5 |
6 |
7 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ступеней |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Давления |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нагнетания, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
МПа |
|
до 0,7 |
0,5 |
3,0 |
1,3 |
15,0 |
|
3,5 40 |
|
15 |
100 |
20 100 |
45 110 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
9.8 Мощность и КПД поршневого компрессора |
|
|
|
||||||||||||||||
Работа, затраченная |
на сжатие |
за один цикл |
работы |
поршневого компрессора |
|||||||||||||||
при политропическом процессе: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
pН |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n 1 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
Sпол |
|
|
|
Vв pв |
|
|
|
|
1 . |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
n |
1 |
|
pв |
|
|
|
||||||||
где |
Vв - объем газа при начальном давлении рв; |
|
|
|
|||||||||||||||
|
рн - конечное давление сжатия. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Учитывая, что производительность (расход газа в условиях входа) |
|
||||||||||||||||||
Получим, что мощность при политропическом процессе сжатия
где Q0 - |
подача компрессора. |
|
|
|
|
|
|||
Регулирование подачи поршневого компрессора |
|
|
|
||||||
Расход сжатого газа во многом зависит |
от потребителей, поэтому он |
||||||||
обычно |
не |
постоянен, |
а |
давление |
часто |
должно |
быть |
постоянным. |
|
Поэтому |
регулирование |
работы |
компрессоров |
сводится |
к |
поддержанию |
|||
постоянного давления путем изменения подачи.
128
Наиболее |
распространенными |
способами |
регулирования |
поршневых компрессоров являются:
1)воздействие на привод компрессора: периодические остановки компрессора,
изменение числа оборотов вала компрессора; |
|
|
|
|
|
|||||
2) |
воздействие |
|
на |
коммуникацию |
компрессора: |
дросселирование |
||||
в подводящем |
трубопроводе, |
перепуск |
|
газа |
с |
нагнетательного |
||||
трубопровода в всасывающий трубопровод; |
|
|
|
|
|
|||||
3) |
воздействие |
|
на |
компрессор: |
отжим всасывающих |
клапанов, |
||||
изменение объема мертвого пространства. |
|
|
|
|
|
|||||
9.9 Ротационные компрессоры |
|
|
|
|
|
|
||||
Компрессоры |
с |
вращающимся |
вытеснителем |
принято |
называть |
|||||
ротационными. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рабочие |
части |
|
таких |
компрессоров |
состоят |
из |
неподвижного |
|||
корпуса, |
вращающегося |
ротора с |
замкнутыми |
камерами |
и |
вытеснителями |
||||
различной формы.
По своему устройству ротационные компрессоры можно разделить на следующие
группы: пластинчатые, жидкостно-кольцевые, двухмоторные, включая винтовые.
Ротационные компрессоры относятся к объемным гидромашинам. Их преимуществами по сравнению с поршневыми компрессорами являются равномерность
подачи, компактность и простота конструкции, отсутствие рабочих клапанов,
динамическая уравновешенность и возможность непосредственного привода от высокоскоростных двигателей.
9.9.1 Пластинчатый ротационный компрессор
По конструкции пластинчатый компрессор аналогичен пластинчатому насосу.
Отличительной особенностью компрессор является наличие охладительной рубашки
(рисунок 9.5).
129
|
|
Рисунок 9.5 |
|
|
|
|
|
||
Теоретическая подача насоса Q |
V |
2e b ; V |
|
D |
2 n |
D |
; |
Q 2 |
D e b n . |
|
|
|
|||||||
Т |
|
|
2 |
2 |
|
Т |
|
||
|
|
|
|
|
|
||||
Действительная подача |
за |
счет |
перетечек газа |
(между |
ячейками) через |
||||
торцевые и радиальные зазоры пластин, за счет дросселирования и нагрева газа
снижается |
по сравнению с теоретической, что учитывается коэффициентом подачи |
||||
: Q |
QТ , |
= 0,4 0,9 в зависимости от степени сжатия. |
|
|
|
|
9.9.2. Жидкостно-кольцевой компрессор |
|
|
||
|
Жидкостно-кольцевые |
компрессоры |
являются |
разновидностью |
|
пластинчатых компрессоров (рисунок 9.6): |
|
|
|||
3
2
1 
5
4 |
Рисунок 9.6
1- ротор; 2- вал; 3- неподвижные лопатки; 4- корпус; 5- жидкостное кольцо; 6-
рабочая камера; А и В- окна всасывания и вытеснения При работе подается жидкость (вода О, которая образ ует жидкостное
кольцо, концентрично расположенное относительно корпуса. Это кольцо уплотняет концы лопаток ротора, при этом между ступенью ротора и жидкостным кольцом образуется серпообразное пространство, используемое в качестве рабочего объема для сжатия газа. Лопатки ротора не касаются стенок корпуса, что в значительной степени снижает механические потери на трение и износ лопаток.
130