Методичка web 2013 Лаборат

Лабораторная работа №2 ПОРШНЕВОЙ КОМПРЕССОР И ЕГО ИСПЫТАНИЯ

1.Цель и задачи работы

1.1.Изучить устройство и принцип действия компрессорной установки.

1.2.Исследовать зависимость производительности поршневого компрессора от давления в ресивере.

1.3.Провести индицирование поршневого компрессора, сделать анализ индикаторной диаграммы, определить показатель политропы сжатия и потребляемую мощность.

2.Оборудование, приборы и принадлежности

2.1.Компрессорная установка, модель 155-2.

2.2.Диафрагма для определения производительности компрессора.

2.3.Дифференциальный манометр, термометр, барометр.

2.4.Стробоскопический индикатор.

3.Порядок проведения работы

3.1.Ознакомиться с настоящим руководством и изучить правила техники безопасности при выполнении данной работы.

3.2.Изучить устройство и принцип действия стационарной компрессорной установки, модель 155-2.

3.3.Измерить производительность компрессора при разных давлениях в ресивере.

3.4.Снять индикаторную диаграмму с компрессора в ко-

ординатах и перестроить ее в координатах V.

21

3.5.По индикаторной диаграмме компрессора определить значение показателя политропы для процесса сжатия воздуха,

атакже мощность, потребную на привод компрессора.

3.6.Построить график зависимости объемного КПД компрессора от давления в ресивере и дать ему теоретическое объяснение.

3.7.Определить объѐмный КПД поршневого компрессора.

3.8.Составить отчет и приготовить ответы на контрольные вопросы.

4.Содержание работы

4.1.Устройство и принцип действия стационарной компрессорной установки модели 155-2.

Стационарная компрессорная установка модели 155-2

(Рис. 2) применяется в автомобильных гаражах и ремонтных мастерских.

Краткая техническая характеристика компрессорной установки, модель 155-2.

Компрессор воздушный, поршневого типа, двухцилиндровый,

22

Рис. 2. Стационарная компрессорная установка, модель 155-2.

Компрессор 1 с электромотором 2 устанавливается на резервуаре (ресивере) 3 (Рис. 2). Привод осуществляется от электромотора посредством двух клиновых ремней 4, огражденных кожухом 5. Натяжение ремней регулируется перемещением электромотора по плите 6.

Компрессор состоит из кривошипно-шатунного механизма, блока цилиндров 7, картера 8 с указателем уровня масла, головки блока 9 в сборе с клапанами, коллекторов 10 с холо-

23

дильником 11, предохранительного клапана 12 и пневморазгружателя 13.

Цилиндры низкого и высокого давления отлиты в одном чугунном блоке, установленном на чугунном картере. Наружная поверхность блока цилиндров снабжена ребрами для улучшения охлаждения.

В картере на двух радиально-сферических шариковых подшипниках установлен коленчатый вал с закрепленным на нем маховиком 14, через который осуществляется привод компрессора от электромотора.

Вращение коленчатого вала посредством шатунов преобразуется в возвратно-поступательное движение поршней. Поршень цилиндра низкого давления изготовлен из алюминиевого сплава, а поршень цилиндра высокого давления – из чугуна. Диаметр первого поршня почти в два раза больше диаметра второго. На каждом поршне установлено по три компрессионных и по одному маслосъемному кольцу.

Смазка деталей кривошипно-шатунного механизма компрессора осуществляется под давлением и разбрызгиванием. Система смазки состоит из следующих деталей: шестеренчатого масляного насоса; фильтра-заборника; сбрасывающего клапана; магнитной сливной пробки; указателя уровня масла; пробки 15 для заливки масла в картер; масляных магистралей, выполненных в картере, насосе и в коленчатом валу компрессора.

Под давлением смазываются только шатунные подшипники, остальные детали смазываются разбрызгиванием. Для поддержания постоянного давления в нагнетательной масляной магистрали установлен сбрасывающий клапан, который регулируется на давление 3105 – 4 105 Па.

Распределение воздуха осуществляется двумя впускными и двумя нагнетательными клапанами, размещенными в головке блока. Все клапаны пластинчатого типа, толщиной 0,2 мм,

24

изготовлены из жароупорной стали, обладающей большой ударной вязкостью.

Для сглаживания пульсаций сжатого воздуха при перепускании его из цилиндра низкого давления в цилиндр высокого давления служат коллекторы. Коллекторы представляют собой емкости, в днищах которых выполнены отверстия с резьбой для спуска конденсата, закрытые пробками. Холодильник служит для охлаждения воздуха между ступенями, и участвует в сглаживании пульсаций.

Наружная поверхность коллекторов имеет ребра для увеличения площади теплоотдачи. В верхнее отверстие коллектора цилиндра низкого давления ввернут предохранительный клапан 12. Клапан отрегулирован на давление 4,5105 Па и в случае неисправности клапанов цилиндра высокого давления выпускает воздух в атмосферу. В верхнее отверстие коллектора цилиндра высокого давления ввернут пневморазгружатель 13. Оба коллектора соединены между собой холодильником, изготовленным из трубы в виде спирали.

Воздушное охлаждение компрессора осуществляется с помощью маховика, спицам которого придана форма лопастей вентилятора. Лопасти маховика направляют охлаждающий воздух на холодильник, ребра коллекторов, блок цилиндров и головку блока, что обеспечивает нужный отвод теплоты.

Принцип работы компрессора следующий: в цилиндре низкого давления при движении поршня вниз создается разрежение, вследствие чего открываются впускные клапаны, и воздух из атмосферы поступает в цилиндр. При движении поршня вверх воздух в цилиндре низкого давления сжимается до 4 105 Па, открывает нагнетательный клапан и поступает в коллектор, холодильник и второй коллектор.

Так как кривошипы коленчатого вала развернуты относительно друг друга под углом 180о, то нагнетание воздуха из цилиндра низкого давления происходит одновременно с впуском его в цилиндр высокого давления.

25

В цилиндре высокого давления воздух сжимается до 106 Па и поступает в резервуар через обратный клапан 16.

Резервуар 3 представляет собой цилиндр с двумя выпуклыми днищами. В него поступает сжатый воздух из цилиндра высокого давления. Резервуар устанавливается на фундамент или подставку с помощью четырех приваренных к нему опор 17. В верхней части резервуара установлены манометр 18, автоматический выключатель 19, предохранительный клапан 20, отрегулированный на давление 106 Па. Для спуска конденсата и масла внизу предусмотрен автоматический влагомаслоудалитель.

4.2. Определение производительности поршневого компрессора.

Для определения производительности компрессора на входе используется дроссельный расходомер (нормальная диафрагма или дроссельный клапан). Диаграмма на лабораторной установке имеет диаметр трубопровода Д = 50,8 мм и диаметр отверстия в шайбе d = 22 мм.

Расчетная зависимость между расходом и перепадом давлений в диафрагме выражается следующей формулой:

где – коэффициент;

с– коэффициент, учитывающий сжимаемость газа при истечении;

d – диаметр отверстия в диафрагме; g – ускорение свободного падения;

26

– плотность воздуха перед диафрагмой;

r = Д2 /d2 – отношение площади отверстия трубы к площади отверстия в диафрагме;

P – перепад давления, создаваемый диафрагмой (показания дифференциального манометра).

где h – показание дифференциального манометра, м;

ρ´ – плотность рабочей жидкости в дифференциальном манометре, кг/м3;

ρср – плотность среды в дифференциальном манометре над рабочей жидкостью, кг/м3.

Для выбранной диафрагмы постоянные величины можно объединить в один коэффициент соответствия, который для данной установки имеет значение 0,00095.

В связи с этим формула для определения массового расхода воздуха (кг/с) принимает вид:

где h – показания дифференциального манометра, мм вод. ст;

– плотность воздуха, поступающего в установку, кг/м3, которая подсчитывается по формуле:

где tв – температура окружающего воздуха, °С;

R – газовая постоянная воздуха, равная 287 Дж/(кг К);

Рвх – давление воздуха за диафрагмой на входе в компрессор, Па.

Давление воздуха за диафрагмой определяется из уравне-

где Рб – барометрическое давление окружающей среды, Па;h – разрежение во впускном патрубке за диафрагмой, из-

меренное дифференциальным манометром, мм вод.ст. Объѐмный расход воздуха (м3/с), определяется выражени-

4.3. Построение развернутой индикаторной диаграммы компрессора

Развернутая индикаторная диаграмма (действительный цикл компрессора) строится в координатах Р – непосредственно по результатам индицирования компрессора (Табл. 4). Расположение осей координат показано на рисунке 3.

Рис. 3. Развернутая индикаторная диаграмма компрессора.

При нанесении точек на диаграмму откладываются абсолютные значения давлений, поэтому к значениям давления в цилиндре, приведенным в таблице 4, следует прибавлять атмосферное давление.

28

После нанесения всех точек, перед тем как обводить их сплошной линией, следует исправить искажение, вызванное особенностью работы индикатора, применяемого в настоящей работе. Точки диаграммы, лежащие на линии снижения давления от максимального до минимального, надо сместить на 15 градусов в сторону меньших углов поворота коленчатого вала. Линию диаграммы провести через новые точки.

4.4. Построение свернутой индикаторной диаграммы

Свернутая индикаторная диаграмма изображается в координатах P – V путем перестроения ее из координат Р – (Рис. 4).

Рис. 4. Свернутая индикаторная диаграмма компрессора.

Для нанесения точек диаграммы в координатах P – V значения давлений для них берутся из графика в координатах Р – (Рис. 3), а значения объѐма из таблицы 4 против значений угла поворота коленчатого вала, соответствующего каж-

29

дой точке графика в координатах Р – . После нанесения всех точек они обводятся сплошной линией.

На построенной индикаторной диаграмме наносятся характерные точки цикла компрессора, разделяющие отдельные процессы, составляющие цикл. Но так как в реальном компрессоре процессы сменяются плавно, то эти точки наносятся в известной степени условно. Так в координатах P – V первой обозначается крайняя правая точка диаграммы, второй обозначается точка перегиба линии сжатия (соответствует открытию выпускного клапана), третьей – крайняя левая точка диаграммы (закрытие выпускного клапана) и четвертой – точка пересечения кривой расширения с изобарой атмосферного давления (открытие впускного клапана).

На развернутую индикаторную диаграмму (координаты Р – ) характерные точки переносятся из графика в координатах P – V в порядке, обратном описанному выше.

4.5. Определение параметров цикла компрессора

К параметрам цикла поршневого компрессора относятся: степень повышения давления и показатель политропы сжатия n.

Степень повышения давления одной ступени рассчитывается по формуле:

где z – число ступеней компрессора; Рр – давление в ресивере; Рвх – давление за диафрагмой.

Единицы измерения давлений могут быть любые, но одинаковые для обоих значений.

30