Ідеальні цикли компресорних установок

Різні за конструкцією компресори харак­теризуються еквівалентними термодинамічни­ми процесами, що відбуваються в них.

На рисунку зображена принципова схема одноступінчатого поршневого компресо­ра і залежність урv-координатах тиску від пе­ремінного об'єму робочого тіла в циліндрі (тобто ходу поршня). При русі поршня з край­нього лівого положення в праве в циліндр ма­шини через всмоктувальний клапан а надхо­дить газ.

На діаграмі всмоктування зображується лінією 4-1. При зворотному русі поршня всмоктувальний і випускний клапани закриті і газ стискується по лінії 1-2 доти, поки не досягається тиск При тиску р₂ відкри­вається випускний клапан б, і при подальшо­му русі поршня праворуч ліворуч буде відбу­ватися витиснення (процес 2-3) газу з циліндра компресора в нагнітальний трубоп­ровід. При досягненні поршнем крайнього лівого положення випускний клапан зак­ривається, відкривається впускний і процес повторюється.

Задачею термодинамічного аналізу компресора є визначення роботи, витраченої ком­пресором при заданих початкових і кінцевих параметрах газу.

В одноступінчатому (одноциліндровому) компресорі ступінь стиску ε= р₂/р₁ звичайно не перевищує значення 6...8. Як­що потрібно стиснути газ до більш високого тиску, використовуються багатоступінчасті компресори. Підвищення тиску стиску приводить до підвищення температури наприкінці стиску, значен­ня якої може перевищити припустимі для технічних цілей значення. У багатоступінчастих компресорах між ступінями стиску встановлюються теплообмінни­ки, що забезпечують охолодження газу, стиснутого в попередній ступіні. Стиск у першому циліндрі відбувається по політропі 1-а, після чого газ надходить у проміжний охолоджувач, де він прохолоджується (теоретично при постійному тиску) до температури Т₁ (процес а-Ь).

Після охолоджувача газ надходить у другу ступінь і стискується по політропі в-с, потім охолоджується по ізобарі c-d до температури Т₁, після чого відбвається стиск у третій ступіні компресора по політропі d-e. Якби стиск здійснював­ся в одноступінчатому компресорі по лінії 1-2', величина витраченої роботи визна­чалася би площею 4-1-2'-3. Завдяки проміжному охолодженню повітря виграш у роботі еквівалентний площі a~2'-e-d-c-b~a.
Лінії 1 -а, в-с і d-e представляють у TS-коордииатах політропні процеси стиску в першому, другому і третьому циліндрах компресора, а лінії а-Ь і c~d — процеси ізобарного охолодження газу відповідно в охолоджувачах першої і другої ступіней. Заштриховані площі під кривими а-b і c-d визначають кількість теплоти, відведе­ної з охолоджувачів.

Ефективність роботи реального неохолоджуваного компресора визначається адіабатним ККД, рівним відношенню теоретичної роботи при оборотному адіабат­ному стиску l_ад до роботи l_к витраченої в реальному компресорі на подачу 1 кг газу:

, (11.6)

Значення коливається в межах 0,7...0,9.

Для оцінки роботи охолоджуваних компресорів користуються ізотермним ККД, рівним відношенню теоретичної роботи при ізотермному стиску l_із до роботи l_к

, (11.7)

Втрати на тертя в механізмах компресора враховуються механічним ККД η_м. Добуток адіабатного, або ізотермного ККД на механічний ККД дають значення ефективного ККД компресора η_е. Відповідно для неохолоджуваного й охолоджу­ваного компресора будемо мати:

Основні висновки:

1. Компресорами називаються машини, призначені для стискання і переміщення газів. За ступенем підвищення тиску компресорні машини поділяють на вентилятори, нагнітачі або газодувки, і власне компресори

2. Поршневі компресори використовують для значного стискання газів та повітря під час зворотно-поступального руху поршня, що приводиться в дію електродвигу­ном або двигуном внутрішнього згоряння. Поршневі компресори бувають: залежно від кількості ступенів стискання - одностуненевими та багатоступінчастими; від роз­міщення циліндрів - горизонтальними, вертикальними, V-подібними; від кількості ци­ліндрів — одноциліндровими і багатоциліндровими.

3. В одноступеневих поршневих компресорах з водяним охолодженням можна стискати гази до 1 МПа через загрозу самозаймання мастила компресора. Вищого тиску досягають в багатоступінчастих компресорах, де газ охолоджується як за ра­хунок тепловідведення у водяну сорочку, так і в охолоджувачах між ступенями. Застосування багатоступінчастого стискання зменшує витрати потужності на привод компресора і запобігає небезпечному підвищенню температури (вище, ніж температура обвуглення мастила), що має місце при одностуненевому стисканні до високого тиску.

4. Різні за конструкцією компресори харак­теризуються еквівалентними термодинамічни­ми процесами, що відбуваються в них. Задачею термодинамічного аналізу компресора є визначення роботи, витраченої ком­пресором при заданих початкових і кінцевих параметрах газу. Під час стиску в компресорах робота, витрачена компресором, буде мінімальною. Тому зас­тосування ізотермного стиску в компресорі є енерге­тично найбільш вигідним. Підвищення тиску стиску приводить до підвищення температури наприкінці стиску, значен­ня якої може перевищити припустимі для технічних цілей значення. У багатоступінчастих компресорах між ступінями стиску встановлюються теплообмінни­ки, що забезпечують охолодження газу, стиснутого в попередній ступіні. Втрати на тертя в механізмах компресора враховуються механічним ККД η_м. Добуток адіабатного, або ізотермного ККД на механічний ККД дають значення ефективного ККД компресора η_е.

Контрольні питання:

1. Які машини називаються компресорними? Назвати класифікацію компресорних машин.

2. Описати принцип роботи та будову одноступінчастого компрессора, його призначення. Пояснити термодинамічний цикл.

3. Описати принцип роботи та будову багатоступінчастого компрессора, його призначення. Пояснити термодинамічний цикл.

4. Пояснити особливості визначення ефективності роботи компресорів.

5. Пояснити принцип роботи осьових та відцентрових компресорів.

Домашнє завдання:

1. Повторення матеріалу теми за конспектом.

Прочитати:

[2] с. 58-62; с. 166-171;

[4] c. 180-189.

Поиск по сайту: