39

Лекция №20

Раздел №4. «Шахтные пневматические установки»

Тема: «Сжатие воздуха в компрессоре»

Назначение и общее устройство пневматической установки. Теоретический и действительный процессы сжатия воздуха в компрессоре. Изотермический, адиабатический, политропный процесс сжатия. Мощность и производительность компрессоров.

Шахтные пневматические установки предназначены для сжатия воздуха и подачи его потребителям.

Состоят из: компрессоров, воздухопровода и вспомогательного оборудования.

Компрессоры бывают: поршневые, винтовые, турбокомпрессоры, ротационные компрессоры.

Общее устройство поршневого компрессора.

А б

Рис, 87. Схемы

Рисунок 1 – Схемы поршневых компрессоров:

а – одностороннего действия; б – двухстороннего действия; 1 – цилиндр; 2 – поршень; 3, 4 – всасывающий и нагнетательный клапаны; 5 – вал; 6 – кривошип; 7 – шатун; 8 – крейцкопф; 9 – шток.

Сжатие воздуха в компрессоре

Теоретический процесс сжатия в компрессоре можно осуществить при следующих условиях:

1. Отсутствует вредное пространство.

2. Отсутствует сопротивление клапанов.

3. Состояние воздуха не изменяется в процессе всасывания и нагнетания.

Рассмотрим теоретический процесс сжатия на графике.

Р₁ – атмосферное давление;

Р₂ – давление компрессора.

1-2 линия всасывания (изобара);

2-3 линия сжатия (изотерма,

политропа, адиабата);

3-4 линия нагнетания;

4-1 изохора.

Рисунок 2 - Диаграмма теоретического процесса в компрессоре одностороннего действия.

Изотермический процесс сжатия

При изотермическом сжатии температура постоянна и от воздуха отводится вся выделяющаяся в процессе сжатия теплота. Т = соnst.

Соотношение между основными параметрами следующие:

Р₁  V₁ = Р₂  V₂ = Р  V

Р₂

Работа L_из = 2,303  Р₁  V₁ g  , Дж/м³.

Р₁

Адиабатный процесс сжатия

Протекает без теплообмена, т.е. при абсолютной изоляции цилиндров.

Р₁V = Р₁V = РV ;

С_р

где k – показатель адиабаты, k = 1,4 (k = )

С_V

Т₂ = Т₁ , Кельвин;

L_ад = Р₁  V₁   - 1, Дж/м³.

Политропный процесс сжатия

Политропное сжатие протекает с теплообменом.

Р₁V = Р₁V = РV ;

где n – показатель адиабаты, n  1

Т₂ = Т₁ , К;

L_пол = Р₁  V₁   - 1, Дж/м³.

Анализируя процессы сжатия, очевидно, что в действительности протекает политропный процесс сжатия и, что его нужно приближать к изотермическому, а для этого необходимо охлаждать воздух при сжатии.

Действительный процесс сжатия воздуха в компрессоре

Рисунок 3 - Диаграмма действительного процесса сжатия в одноступенчатом компрес­соре

V₀ – вредное пространство;

V_п – объём описываемый поршнем за один ход;

V_в – объём всасываемого воздуха;

V^_в – объём действительно подаваемого воздуха;

4-1 линия расширения; 1-2 линия всасывания;

2-3 линия сжатия; 3-4 линия нагнетания.

Площадь диафрагмы это работа на сжатие.

Действительный процесс сжатия характеризуется тремя коэффициентами.

1. Коэффициент вредного пространства.

V_о

α_в = ; 3    или 0,03  0,006.

V_п

2. Объёмный коэффициент.

V_в

α_о = ; 3    или 0,8  0,095.

V_п

3. Коэффициент подачи.

V_д

α_п = ; 3    или 0,75  0,9.

V_п

Многоступенчатое сжатие

Сжать воздух в одном цилиндре за один раз невозможно, по двум причинам:

1. Из-за недопустимого роста температуры воздуха – более 170⁰С.

2. Из-за влияния вредного пространства.

Для сжатия воздуха до высокого давления применяется многоступенчатое сжатие, сущность которого заключается в том, что воздух последовательно сжимается в нескольких цилиндрах с охлаждением его после каждого цилиндра в промежуточном холодильнике. Все шахтные компрессоры двухступенчатые.

Промежуточное давление определяется по формуле Р_пр = ,

где n - количество ступеней.

Определение производительности компрессора простого действия

Q = _n SnZ_ц , м³/мин;

где D – диаметр поршня, м; n – частота вращения, мин^-1;

S – ход поршня, м; Z_ц – количество цилиндров, штук.

Производительность компрессора двойного действия.

Q = _n (2D – d²_шт) SnZ_ц , м³/мин;

где d_шт – диаметр штока, м.

Охлаждение воздуха при сжатии

Охлаждение воздуха в компрессоре бывает: воздушное и водяное.

Водяное более эффективно и применяется у стационарных компрессоров. Это циркуляционная замкнутая система охлаждения, в состав которой входит: резервуар холодной и горячей воды, насосная установка, система труб, градирня и охлаждающее устройство компрессора.

К охлаждающему устройству компрессора относятся: водяные рубашки цилиндров, промежуточные и концевые охладители.

В состав воздушного охлаждения входит: вентилятор, трубчатый промежуточный холодильник и воздухосборник.

Домашнее задание:

1. Перерисовать рисунок 90 [1], стр. 154.

2. Описать принцип работы двухцилиндрового компрессора [1], стр. 154

Литература:

1. Р.Н. Хаджиков “Горная механика”, Москва, ”Недра”, 1982г. (стр. 147-162), рис. 87 и 90-91.

Лекция №21

Тема “Поршневые компрессоры”

Общее устройство и принцип действия. Классификация и конструкции поршневых компрессоров.