
- •Курс лекций по дисциплине «Тепловые двигатели и нагнетатели»
- •Тепловой двигатель
- •Охлаждение. Ступенчатое сжатие
- •Процессы сжатия и расширения газа в поршневом компрессоре
- •Мощность и кпд
- •Многоступенчатое сжатие
- •Мощность многоступенчатого компрессора
- •Конструктивные типы компрессоров
- •Подача и давление поршневого компрессора, работающего на трубопровод
- •Тема 4. Поршневые детандеры Принцип работы поршневого детандера; холодопроизводительность, кпд и отводимая мощность поршневого детандера.
- •Устройство. Действие. Классификация.
- •Энергетический баланс. Необратимые потери и оценка эффективности поршневого детандера.
- •Устройство одноступенчатого насоса и вентилятора
- •Расчет одноступенчатого центробежного насоса и вентилятора
- •Тема 6. Насосы.
- •Из истории насосов
- •Тема 8. Типы тепловых двигателей Область применения различных типов тепловых двигателей; классификация.
- •Тема 9. Паровые турбины Типы паровых турбин; стандартные параметры пара; виды потерь в проточной части турбины; баланс энергии и структура кпд турбинной ступени.
- •Паровые турбины
- •Принципиальные тепловые схемы современных паротурбинных установок
- •Тема 10. Газовые турбины Особенности работы высокотемпературных ступеней газовой турбины; работа газовой турбины в составе энергетических и приводных газотурбинных установок. Общие сведения
- •Классификация газотурбинных установок
- •Некоторые сведения о тепловом расчете газовой турбины
- •Авиационная газовая турбина
- •Тема 11. Турбодетандеры.
- •ТурбодетандерЫ
- •Тема 12. Двигатели внутреннего сгорания.
- •Основные типы двигателей Принцип действия и применение двигателей
Охлаждение. Ступенчатое сжатие
Давления, создаваемые компрессорами, работающими в технологических схемах производств, достигают больших значений. Однако получение высокого давления в одной ступени компрессора (в одном компрессорном процессе) затруднительно. Причиной этого в объемных компрессорах (поршневых и роторных) является чрезмерное повышение температуры в конце сжатия, обусловленное невозможностью создания конструкции компрессора с достаточно интенсивным отводом теплоты от сжимаемого газа. В компрессорах лопастных (центробежных и осевых) причина кроется в недопустимости таких скоростей рабочих лопастей, выполненных из материала с определенной прочностью, которые обеспечив бы требуемое высокое давление при достаточно высоком КПД процесса. Поэтому следует, во-первых, применять возможно более интенсивное охлаждение газа в процессе сжатия его и, во-вторых, производить сжатие в последовательно соединенных ступенях, осуществляя понижение температуры газа в охладителях, включенных в поток между ступенями.
Общая схема компрессора со ступенчатым сжатием представлена на рис. 1.
Применение ступенчатого сжатия с охлаждением газа в охладителях между ступенями дает большую экономию в энергии, расходуемой на привод компрессора. Это отчетливо видно на S, Т- и р, v-диаграммах двухступенчатого компрессора (рис. 2).
Если
сжатие производить в одной ступени, то
линия сжатия изобразится политропой
Г-2
с
показателем n>k.
При
сжатии для того же интервала давлений
в двух ступенях процесс изобразится
ломаной линией
~
,
состоящей
из двух политроп
и
1"-2"
и
изобары 2'-1",
представляющей
собой охлаждение в промежуточном
охладителе при давлении pпр
= const.
В обеих диаграммах экономия энергии от
сжатия в двух ступенях с промежуточным
охлаждением выражается заштрихованными
площадками 1"-2'
~2~2".
рис. 1, Схема компрессора со ступенчатым сжатием:
/ — охладители I и II ступеней; 2 — конечный охладитель; 3, 4, 5 — охладители соответственно I, II и III ступени
Рис. 2. S, Т- и р, v-диаграммы двухступенчатого компрессора:
— политропное сжатие
в первой ступени;
— изобарное охлаждение
а промежуточном охладителе; 1"-2"
— сжатие до конечного
давления во второй ступени. Площадь 1"-
2'-2-2" — экономия
энергии от применения двухступенчатого
сжатия с промежуточным охлаждением
В современных компрессорах применяют:
1) охлаждение компрессора подачей воды в специально выполненные полости в отливке корпуса (внутреннее охлаждение). Этот способ существенно улучшает условия смазки поршневых компрессоров. Добиться этим способом существенной экономии энергии, приближая процесс сжатия к изотермическому, не удается. Причина этого — затрудненные условия теплообмена между потоками газа и охлаждающей водой;
2) охлаждение газа в охладителях, устанавливаемых между отдельными ступенями (выносное охлаждение). При этом способе охлаждения, используя трубчатые охладители с большой площадью поверхности, можно получить существенную экономию в расходе энергии. В центробежных компрессорах охладители располагают обычно между группами ступеней, получая, таким образом, более простую конструкцию установки. Известны уникальные конструкции компрессоров с охладителями после каждой центробежной ступени. Такие компрессоры называют изотермическими. Они экономичны в эксплуатации, но конструктивно сложны и стоимость их велика;
3) комбинированное (внутреннее и выносное) охлаждение. Этот способ наиболее эффективен и широко применяется, несмотря на конструктивное усложнение и увеличение стоимости установки;
4) охлаждение впрыском охлаждающей воды в поток газа перед первой ступенью компрессора. При этом способе теплота газа частично расходуется на испарение охлаждающей воды и температура конца сжатия существенно понижается. Недостатком способа является увлажнение газа, что во многих случаях недопустимо.
Тема 3. Нагнетатели объемного действия Классификация и область применения нагнетателей объемного действия и поршневых детандеров; предельная степень повышения давления в ступени, Распределение давления между ступенями, КПД компрессора; схемы поршневых компрессоров; нормализованные базы.
Поршневые компрессоры
Индикаторная диаграмма
Схема компрессора и его индикаторная диаграмма представлены на рис. 13.1.
Проследим порядок работы компрессора при помощи диаграммы p=f{V), где V — объем замыкаемый поршнем в цилиндре и зависящий от положения поршня.
Двигаясь от правого крайнего положения влево, поршень сжимает газ, находящийся в цилиндре. Всасывающий клапан закрыт в течение всего процесса сжатия. Нагнетательный клапан закрыт до тех пор, пока разность давлений в цилиндре и напорном патрубке преодолеет натяжения пружины. Когда это произойдет, нагнетательный клапан откроется и поршень будет вытеснять газ в напорный трубопровод. Процесс повышения давления изображается на диаграмме линией 1-2, а процесс подачи газа — лннией 2-3.
Если Р2— давление в цилиндре при подаче газа, объем газа, подаваемого компрессором при этом давлен будет Vпод. .При сжатии температура газа повышается, так как охлаждающая вода не отнимает от газа всю теплоту, выделяющуюся при сжатии. Линия сжатия — политропа, описываемая в системе координат V, р уравнением
p
=
const.
Линия подачи 2-3 теоретически является изобарой
р2 = const.
В действительности же благодаря влиянию инерции газовых масс, действию клапанов и их пружин давление нагнетаемого газа не удерживается строго постоянным.
Когда поршень придет в крайнее левое положение, он вытеснит из цилиндра не весь газ, и часть газа в количестве VM останется в цилиндре (Vм называют мертвым объемом или мертвым пространством).
В начале хода поршня вправо нагнетательный клапан закроется и остаток газа в мертвом пространстве объема VM будет расширяться по линии 3-4.
Линия расширения — политропа с показателем nPt её уравнение
Расширение
газа будет происходить до тех пор, пока
давление в цилиндре не понизится до
<
,
где
—давление
в пространстве, из которого компрессор
всасывав газ.
Под влиянием разности давлений — всасывающий клапан откроется и поршень, двигаясь вправо, будет всасывать газ в цилиндр.
Давление всегда меньше вследствие газового сопротивления тракта всасывания. Процесс всасывания приставляется изобарой 4-1.
Полученная замкнутая фигура 1-2-3-4-1 является теоретической индикаторной, диаграммой компрессора.
Действительная индикаторная диаграмма несколько отличается от теоретической (в основном в линиях всасывания и подачи).
Рис. 1.Схема и индикаторная Диаграмма компрессора