Компрессоры. Принцип действия. Основные параметры.

Компрессоры. Принцип действия. Основные параметры.

       Компрессором называется энергетическая машина или устройство для повышения давления или перемещения газов или их смесей (рабочей среды). Обычно в компрессорах газы сжимаются от атмосферного до более высокого давления. По принципу действия компрессоры подразделяются на объемные и динамические (называемые также лопаточными или кинетическими).

       В компрессорах объемного действия рабочий процесс осуществляется в результате циклического изменения объемов рабочих камер. Эти компрессоры бывают поршневыми, мембранными, роторными.

       В компрессорах динамического действия рабочий процесс осуществляется путем динамического воздействия на непрерывный поток сжимаемого газа. К этим компрессорам относятся турбокомпрессоры и струйные компрессоры.

       По давлению газа на выходе из компрессора (конечному давлению), различают компрессоры низкого давления до 1.5 МПа ≈ 15 ат (p _a £ p £ 1.5 МПа); среднего давления (1.5 МПа < p £ 10 МПа); высокого давления (10 МПа < p £ 100 МПа); сверхвысокого давления (p > 100 МПа).

       По объемной производительности (подаче V) бывают малые (V £ 0.014 м³/с ≈ 50 м³/час); средние (0.014 м³/с < V £ 1.5 м³/с ≈ 90 м³/мин) и крупные (V > 1.5 м³/с) компрессоры.

       В зависимости от сжимаемой рабочей среды различаются газовые компрессоры для сжатия газов кроме воздуха (кислородные, водородные, аммиачные и т.п.) и воздушные компрессоры для сжатия только воздуха. Компрессоры общего назначения предназначены для сжатия атмосферного воздуха до (0.8 … 1.5) МПа и выполняются без учета специальных требований, характерных для отдельных областей их применения.

       Несмотря на различные принципы действия и большие конструктивные различия компрессоров, с термодинамической точки зрения процессы, происходящие в них, одинаковы. В задачу термодинамического анализа входит установление условий, которые могут обеспечить наибольшую эффективность компрессоров, т.е. наименьшую затрату работы.

       Основными параметрами, характеризующими работу компрессора являются:

       объемная производительность V - объемный расход газа на выходе из компрессора, приведенный к начальным условиям, т.е. к условиям всасывания; V = mv ₁, где m - массовая производительность компрессора т.е. массовый расход газа на выходе из компрессора, v ₁ - удельный объем газа при условиях всасывания;

       отношение давлений (степень сжатия) b = p ₂/ p ₁. При b £ 1.1 компрессорные машины называют вентиляторами. Они служат для перемещения больших количеств газа практически без их сжатия. При 1.1 < b £ 3.0 машины называют газодувками. Собственно компрессоры - это машины с b > 3.0.

       начальная и конечная температуры компрессора это температуры на входе T ₁ и на выходе T ₂ из него;

частота вращения n и мощность N _дв на валу приводимого двигателя.

 

 

42. Идеальный компрессор. Индикаторная диаграмма компрессора.

 

Реальный поршневой компрессор.

       Диаграмма реального поршневого компрессора представлена на рис. 3.

Рис. 3.

DA ® AB ® BC ® CD.

AB – всасывание газа при p = p ₁ (p ₁ – давление во всасывающей линии). При D p = p ₁ – p_A > D p _откА в точке А открывается всасывающий клапан (начало работы); BC – сжатие газа; CD – выталкивание газа при p = p ₂ (p ₂ – давление в нагнетательной линии). При D p = p_C – p ₂ > D p _откC открывается нагнетательный клапан. V _Полн – рабочий объем цилиндра; V _М – объем мертвого пространства. Вводится относительный объем мертвого пространства g = V _М/ V _Полн Î (0.025 ¸ 0.06). Линия DA – расширение газа, оставшегося в мертвом пространстве. V _ВС – объем всасываемого газа. Вводится коэффициент объемного заполнения g_Нап = V _ВС/ V _Полн Î (0.7 ¸ 0.95).

 

 

43.  Реальный поршневой компрессор. Индикаторная диаграмма компрессора и индикаторная работа компрессора.

Индикаторная работа.

       При расчете работы реального компрессора обычно делают следующие допущения:

1). p_A» p_B» p ₁ = const. 2). p_C» p_D» p ₂ = const₁ 3). Участок площади p ₂ DAp ₁ много меньше площади всей фигуры. В таком случае pV диаграмму работы реального компрессора можно заменить диаграммой идеального компрессора, представленной на рис. 2. Работу компрессора можно приближенно определять по формуле (1).

 

По остальной части вопроса следует сначала обратить свой взор на вопрос выше, а затем обязательно в учебник страницы 93-94

 

 

44. Политропный компрессор: затрачиваемая работа, температура газа в конце сжатия, отводимая теплота при сжатии, КПД.

 

Политропный компрессор.

       Характеристики: затрачиваемая работа, температура газа в конце сжатия, отводимая при сжатии теплота, КПД, изображение процесса на диаграммах.

       При p £ 10 Мпа (100 ат) воздух можно считать идеальным газом, что и используют на практике при расчете политропного компрессора. Уравнение политропы

                                                                  pvⁿ = const.                                                          (1)

На практике обычно n Î (1.15 ¸ 1.8). Уравнение идеального газа

                                                                  pv = RT.                                                           (2)

Для технической работы компрессора имеем

Из зависимостей (1) и (2) вытекает равенство

Из первого начала термодинамики для потоков при обычно реализуемых в компрессорах ситуациях d z = 0, d W» 0 (скорость на входе приблизительно равна скорости на выходе из компрессора), d l _техн = – d l (в силу принятого выше соглашения о знаке), d l _тр = 0 вытекает, что

                                                      d q _вн = d h – d l.                                            (3)

Часто приращение q _вн находят из соотношений

q _вн = C_n (T ₂ – T ₁) @ (T ₂ + T ₁)(s ₂ – s ₁)/2, (поскольку T d s = d q).

Для анализа не редко используют диаграммы.

Рис. 4. (херовое качество, на компе так же говняно)

       На рис. 4 изображены линии, представляющие процессы идеального сжатия в идеальном компрессоре (пунктирные линии) и реальном (сплошные линии) в различных координатах (p ₂ - давление в компрессоре после сжатия):

1. – Исходное состояние p = p ₁, T = T ₁;

1-2. идеальный изотермный процесс;

1-3. реальный изотермный процесс;

1-4. политропный процесс;

1-5. идеальный адиабатный процесс;

1-6. реальный адиабатный процесс.

Этот рисунок относится ко всем типичным процессам. Рассмотрев политропный процесс в компрессоре, переходим к адиабатному.

 

 

45. Адиабатный компрессор: затрачиваемая работа, температура газа в конце сжатия, отводимая теплота при сжатии, КПД.

 

Адиабатный компрессор.

       Адиабатный процесс – частный случай политропного, когда n = k. Формула для работы и отношения температур сохраняют свой вид. Поскольку в адиабатических условиях d q _вн = 0, политропная форма баланса энергии упрощается

d l _ад = d h, Þ D l _ад = D h,

т. е. работа компрессора может быть также проанализирована по диаграмме состояния газа, если известны начальные и конечные параметры.

       Отличие идеального процесса сжатия от реального характеризуется относительным внутренним термодинамическим КПД

h = l / l _д.

l – работа компрессора в идеальном процессе, l _д – работа компрессора в действительном процессе. h – учитывает потери на сопротивление при всасывании и нагнетании, а также на потери в каналах.

h_{адиабат.}» 0.7 ¸ 0.9; h_{изотерм.}» 0.6 ¸ 0.8.

 

 

46. Изотермный компрессор, затрачиваемая работа, изображение процесса на диаграммах, КПД, отводимая теплота при сжатии.

 

 

Изотермный компрессор.

       Если в процессе сжатия происходит такой отвод теплоты, что температура не меняется (T ₂ = T ₁ = T), то компрессор называют изотермным. Напомним, практика показывает что сжимаемые газы можно считать идеальными до p ₂ £ 10 Мпа, т. е. считаем pv = RT. Для располагаемой работы, изменив знак в соответствии в принятой договоренностью, получаем

p ₁ v ₁ = p ₂ v ₂ = RT, u = u (T) Þ d h = d(u + pv) = 0 Þ при d W = 0, d z = 0, Þ d q _внеш. = –d l _Т, (индекс _Т – изотермный),

как следует из зависимости (3). Таким образом при изотермическом сжатии идеального газа в компрессоре, затрачиваемая работа и отводимая теплота равны по величине. Имеем также

q _внеш. = T D s.

 

 

47. Предел одноступенчатого сжатия газов в компрессорах.

 

 

Роторные компрессоры.

       Роторные компрессоры относятся к классу объемных компрессоров. В них, как и в поршневых компрессорах, сжатие газа происходит в замкнутом пространстве при уменьшении объема. В отличие от поршневых компрессоров рабочие камеры образуются расточкой корпуса и размещенным в ней ротором(ами), а изменение объемов рабочих камер происходит в результате вращения ротора(ов). Роторный компрессор бывает жидкостно-кольцевой, пластинчатый, с катящимся ротором, роторно-поршневой, винтовой, шестеренчатый, трахоидный.

       Самостоятельно: пластинчатый, винтовой: § 3.1.9 стр. 104-107.

       Все роторные компрессоры применяются при средних подачах и низких давлениях. Сухие роторные компрессоры работают без внутренней смазки и, следовательно, не загрязняют сжимаемый газ смазочными маслами, что весьма существенно для некоторых технологических процессов. Однако они сложны в изготовлении и в обслуживании (за исключением жидкостно-кольцевых).

       Расчет работы сжатия проводится по тем же формулам, что и для поршневых компрессоров.

Компрессоры. Принцип действия. Основные параметры.

       Компрессором называется энергетическая машина или устройство для повышения давления или перемещения газов или их смесей (рабочей среды). Обычно в компрессорах газы сжимаются от атмосферного до более высокого давления. По принципу действия компрессоры подразделяются на объемные и динамические (называемые также лопаточными или кинетическими).

       В компрессорах объемного действия рабочий процесс осуществляется в результате циклического изменения объемов рабочих камер. Эти компрессоры бывают поршневыми, мембранными, роторными.

       В компрессорах динамического действия рабочий процесс осуществляется путем динамического воздействия на непрерывный поток сжимаемого газа. К этим компрессорам относятся турбокомпрессоры и струйные компрессоры.

       По давлению газа на выходе из компрессора (конечному давлению), различают компрессоры низкого давления до 1.5 МПа ≈ 15 ат (p _a £ p £ 1.5 МПа); среднего давления (1.5 МПа < p £ 10 МПа); высокого давления (10 МПа < p £ 100 МПа); сверхвысокого давления (p > 100 МПа).

       По объемной производительности (подаче V) бывают малые (V £ 0.014 м³/с ≈ 50 м³/час); средние (0.014 м³/с < V £ 1.5 м³/с ≈ 90 м³/мин) и крупные (V > 1.5 м³/с) компрессоры.

       В зависимости от сжимаемой рабочей среды различаются газовые компрессоры для сжатия газов кроме воздуха (кислородные, водородные, аммиачные и т.п.) и воздушные компрессоры для сжатия только воздуха. Компрессоры общего назначения предназначены для сжатия атмосферного воздуха до (0.8 … 1.5) МПа и выполняются без учета специальных требований, характерных для отдельных областей их применения.

       Несмотря на различные принципы действия и большие конструктивные различия компрессоров, с термодинамической точки зрения процессы, происходящие в них, одинаковы. В задачу термодинамического анализа входит установление условий, которые могут обеспечить наибольшую эффективность компрессоров, т.е. наименьшую затрату работы.

       Основными параметрами, характеризующими работу компрессора являются:

       объемная производительность V - объемный расход газа на выходе из компрессора, приведенный к начальным условиям, т.е. к условиям всасывания; V = mv ₁, где m - массовая производительность компрессора т.е. массовый расход газа на выходе из компрессора, v ₁ - удельный объем газа при условиях всасывания;

       отношение давлений (степень сжатия) b = p ₂/ p ₁. При b £ 1.1 компрессорные машины называют вентиляторами. Они служат для перемещения больших количеств газа практически без их сжатия. При 1.1 < b £ 3.0 машины называют газодувками. Собственно компрессоры - это машины с b > 3.0.

       начальная и конечная температуры компрессора это температуры на входе T ₁ и на выходе T ₂ из него;

частота вращения n и мощность N _дв на валу приводимого двигателя.

 

 

42. Идеальный компрессор. Индикаторная диаграмма компрессора.