На головну

поршневі компресори

  1.  Пневмокомпресори
  2.  Радіально-поршневі машини

За принципом дії (т. Е. За способом повідомлення енергії) компресори поділяють на об'ємні і динамічні.

В об'ємних компресорах тиск газу підвищується внаслідок зменшення простору, в якому знаходиться газ; в ідеальному випадку це простір є абсолютно герметичним і ніяких витоків в процесі підвищення тиску не відбувається. До об'ємних компресорів відносяться поршневі, мембранні і роторні. Останні в свою чергу поділяються на пластичні, рідинно-кільцеві і гвинтові.

До динамічних компресорів відносяться відцентрові і осьові. У них тиск підвищується при безперервному русі газу через проточну частину машини за рахунок енергії, яку повідомляють частинкам газу лопатки ротора. При цьому кінетична енергія перетворюється в роботу сил тиску.

Всі компресори незалежно від принципу дії поділяються за основними експлуатаційними параметрами - тиску і подачі. Компресори, що стискають газ до надлишкового тиску 0,2 - 1,0 МПа, називають компресорами низького тиску, до тиску 1,0 - 10,0 МПа - середнього і до тиску 10 - 100 МПа - компресорами високого тиску.

Схема і принцип дії компресора аналогічний схемі і принципу дії поршневого насоса.

основи теорії. Як відомо, компресори призначені для повідомлення додаткової енергії рухається газу. Це відбувається внаслідок того, що газ в робочому просторі поршневого компресора стискується під дією рухомого поршня. Додаткової енергії передається газу рівно стільки, скільки витрачається роботи на стиснення газу. Процес стиснення - розширення газу в компресорі прийнято зображати у діаграмах найчастіше в координатах р - v (р - тиск газу, v - питомий об'єм).

Розглянемо теоретичний процес роботи поршневого компресора, зображеного на Малюнок 1.48. Поршень П з вкрай правого положення (на р - V - діаграмі точка 1) починає рухатися вліво. Всмоктуючий (випускний) клапан В миттєво закривається і починається процес стиснення газу в робочому просторі компресора. Цей процес, який на діаграмі відбувається уздовж лінії 1 - 2, характеризується зменшенням обсягу робочого простору і зростанням тиску газу. Коли поршень досягає положення 2, тиск газу в робочому просторі компресора стає рівним тиску в напірному трубопроводі р2. В цьому випадку відкривається випускний (нагнітальний) клапан Н і відбувається виштовхування газу з робочого простору компресора в напірний трубопровід. На р - v -діаграмме цей процес зображений лінією 2 - 3. Точка 3 відповідає вкрай лівому положенню поршня. Оскільки ми розглядаємо теоретичний цикл, то виходимо з припущення, що весь газ, що знаходиться в робочому просторі компресора, виштовхується в напірний трубопровід. У цьому випадку як тільки починається зворотний рух поршня (вправо), відбувається миттєве зменшення тиску до значення p1 і відкривається впускний клапан В. Цей процес на р - v - діаграмі відповідає лінії 3 - 4. У міру переміщення поршня вправо відбувається процес всмоктування газу, т. е. процес заповнення газом робочого простору компресора, який на р - v - діаграмі зображується лінією 4 - 1. Отримана діаграма називається теоретичної діаграмою роботи поршневого компресора.

 Малюнок 1.48 - Індикаторна діаграма роботи, поршневого компресора

Як видно з діаграми, процес всмоктування і нагнітання відбувається при постійному тиску, а в процесі стиснення змінюється і тиск, і обсяг. Відомо, що при стисненні газ нагрівається і температура його підвищується. Якщо при цьому газ не обмінюється теплотою з навколишнім середовищем, то таке стиснення називається адіабатичним і зв'язок між тиском і об'ємом визначається виразом:

,  (1.85)

де k - показник адіабати.

У тому випадку, коли теплота нагрітого від стиснення газу відбирається, можна створити умови, при яких газ буде стискатися при постійній температурі. Такий процес стиснення називається ізотермічним, а зв'язок між питомим об'ємом і тиском визначається виразом:

.  (1.86)

Якщо в процесі стиснення відбирається не вся теплота, то такий термодинамічний процес називається политропического і зв'язок між тиском і питомим об'ємом визначається виразом

,  (1.87)

де показник політропи n знаходиться в межах

1 ? n ? k.

Якщо вважати, що крива 1 - 2 на р - v-діаграмі відповідає политропического процесу стиснення, то крива 1 - 2 'відображає ізотермічний процес, а крива 1 - 2 "- адіабатичний.

З курсу термодинаміки відомо, що робота, яка витрачається в компресорі на стиснення газу і його переміщення, дорівнює добутку обсягу на зміну тиску, т. Е.

 (1.88)

На р - v діаграмі цей твір зображується заштрихованої площею. Якщо мати на увазі, що процес стиснення газу в компресорі відбувається від p1 до р2, То робота, витрачається в компресорі на ізотермічний стиск, визначиться площею фігури 1 - 2 - 3 - 4 і може бути розрахована на основі виразів (2.69) і (2.70)

 (1.89)
 Малюнок 1.49 - Індикаторна діаграма роботи, поршневого компресора

Робота, що витрачається в компресорі на адіабатичне стиск, визначиться площею фігури 1 - 2 "- 3 - 4 і може бути розрахована на основі виразів {6.16) і (6.18)

 (1.90)

Робота, що витрачається в компресорі на политропического стиснення, визначиться площею фігури 1 - 2 - 3 - 4 і розрахована бути не може, так як для кожного окремого випадку показник політропи залежить від температури газу, що знаходиться в компресорі.

Як видно з р - v - діаграми, мінімальна робота, що витрачається на стиснення газу в компресорі, відповідає ізотермічному процесу, який слід реалізувати за допомогою різних охолоджувальних пристроїв.

Дійсна індикаторна діаграма відрізняється тим, що при її побудові не був врахований ряд особливостей, викликаних конструктивними елементами. Щоб зрозуміти їх вплив, побудуємо індикаторну діаграму в тих же р - v координатах. Нехай, як і раніше, поршень розташований в крайньому правому положенні / (рис. 6.15) і в робочому просторі циліндра знаходиться газ під тиском р \. При русі поршня вліво газ почне стискатися, але при досягненні тиску р2 нагнітальний клапан не відкриється. Для відкриття клапана необхідно створити кілька більшу "^ тиск, щоб подолати його інерцію спокою (лінія 1 - 2).

Після відкриття клапана тиск в робочому просторі компресора вирівнюється і газ виштовхується поршнем в напірний трубопровід. На р - v - діаграмі це відповідає лінії 2 - 3. Однак весь газ виштовхнути з робочого циліндра неможливо, так як поршень не може впритул підійти до кришки, де знаходяться клапани. Тому частина газу залишиться в циліндрі. Обсяг, зайнятий цим газом, які залишилися під тиском нагнітача р2, називається обсягом «шкідливого» простору. Цей обсяг дійсно шкідливий, так як він заважає повному використанню робочого простору компресора. Точка 3 відповідає вкрай лівому положенню поршня. При русі поршня вправо газ, що знаходиться у шкідливому просторі, повинен розширитися, щоб тиск стало трохи нижче, ніж тиск у всмоктуючому трубопроводі (лінія 3 - 4). Після відкриття клапана тиск вирівнюється і всмоктування газу відбувається при постійному тиску р \. Отримана замкнута крива / - 2 - 3 - 4 на р - v - діаграмі називається індикаторною діаграмою поршневого компресора Площа цієї діаграми визначають експериментально за допомогою індикатора.

шкідливий простір. Наявність шкідливого простору призводить до зменшення обсягу всмоктуваного газу, так як всмоктування нової порції газу починається не на початку зворотного ходу поршня, а в кінці процесу розширення обсягу газу, що залишився у шкідливому просторі. Таким чином, обсяг всмоктуваного газу vнд завжди менше робочого об'єму циліндра vр. Відношення обсягу всмоктуваного газу до робочого об'єму циліндра називається об'ємним ККД ?0:

   (1.91)  
 Малюнок 1.50 - Облік шкідливого простору при роботі поршневого компресора
       

Для оцінки об'ємного ККД звернемося до Малюнок 1.50 з якого очевидним є наступне рівність:

,  (1.92)

де V0 - Обсяг шкідливого простору; V - об'єм розширився газу.

З виразу (2.75) отримуємо

,  (1.93)

звідки вираз для ?0 матиме вигляд

.  (1.94)

ставлення V0/ Vр = A називається відносним об'ємом шкідливого простору.

При адіабатичному процесі стиснення газу в компресорі зв'язок між обсягом і тиском визначиться з рівняння адіабати

,  (1.95)

звідки

.

ставлення р2/ р1 = E називається ступенем стиснення газу в компресорі. Таким чином, для ?0 можна записати

 (1.96)

Як видно з виразу (2.80), значення ?0 тим більше, чим менше ступінь стиснення. Дійсно, якщо подивитися на діаграму, зображену на рис. 2.47, то можна бачити, що при зменшенні e, т. Е. При р1 2, Стиснення закінчиться в точці 2 ', виштовхування газу з компресора закінчиться в точці 3' і після розширення газу, що займає мертвий обсяг, всмоктування почнеться з точки 4 '. Як видно з діаграми, для розглянутого випадку обсяг всмоктуваного газу V 'нд більше, ніж для попереднього V 'нд > Vнд.

Якщо ж збільшити ступінь стиснення, то обсяг всмоктуваного газу зменшиться. Отже, обсяг всмоктуваного газу, обчислений на основі виразів (2.76) і (2.77), складе

 (1.97)

Однак дійсний обсяг газу, що подається компресором, буде ще менше. Це пояснюється двома причинами:

1. При всмоктуванні газ, приходячи в зіткнення з гарячими поверхнями клапанів стінок циліндра і поршня, нагрівається (і, отже, розширюється).

2. Циліндр компресора не герметичний (витоку можуть виникнути через клапани, сальники, між поршневими кільцями і внутрішньою поверхнею циліндра).

Перше з зазначених обставин враховують, вводячи термічний коефіцієнт ?т, Друге - коефіцієнт герметичності ?г.

твір

 (1.98)

називають коефіцієнтом подачі.

подача. Теоретична об'ємна подача поршневого компресора простої дії визначається твором площі поршня на хід поршня S і частоту обертання приводу п

,  (1.99)

де D - діаметр поршня, n - число подвійних ходів поршня в секунду.

Дійсну подачу можна визначити з виразу

Q = lQт.

Масова подача дорівнює:

Qм = r1 Q.

де r1 - Щільність всмоктується газу.

ККД компресора. Вся робота компресора витрачається не тільки на стиснення газу, але і на подолання опору, викликаного наявністю тертя, т. Е. Справжня робота

А = Aад+ Aтр.

Випадок відсутності втрат на тертя Aтр = 0 є ідеальним при роботі компресора без охолодження. При цьому чим краще працює компресор, тим ближче значення А до значення Aад.

ставлення Aад/ A називається адіабатичним ККД і дорівнює

 (1.100)

зазвичай hад = 0,7 -: - 0,9.

Аналогічні міркування можна провести для випадку ізотермічного стиснення, т. Е. Коли є повне відведення теплоти від нагрітого газу. Коефіцієнт корисної дії, який одержують з порівняння з ідеальним ізотермічним циклом, називається ізотермічним ККД і визначається з рівності

 (1.101)

зазвичай hз = 0,65 -: - 0,75.

потужність. Якщо чисельник і знаменник у виразах (2.84) і (2.85) помножити на масову подачу, то прийдемо до поняття потужності. Дійсно, Aад і Aз - Це питома адіабатична і изотермическая робота відповідно, т. Е. Робота, що здійснюються над одиницею маси газа.і має розмірність Дж / кг. Помноживши питому роботу на масову подачу, кг / с, отримуємо потужність, Дж / (с-Вт). Таким чином,

 (1.102)

 




 Кінематика потоку в робочому колесі нагнітача |  Рівняння Ейлера для роботи лопатевого колеса |  Теотеріческая характеристики лопатевих нагнітачів |  Фактичні характеристики нагнітачів |  Подоба лопатевих нагнітачів |  універсальні характеристики |  Спільна робота нагнітачів |  Паралельне включення нагнітачів. |  Послідовне включення нагнітачів |  Змішане (комбіноване) включення нагнітачів. |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати