БУДОВА ТА ПРИНЦИП ДІЇ ПОРШНЕВОГО КОМПРЕСОРА

ЗМІСТ

Вступ……………………………………………………………………………….. 4

1. Загальні положення……………………………………………………… …… 5

2. Будова та принцип дії поршневого компресора………………………. ……. 6

3. Теоретичний процес поршневого компресора………………………………. 8

4. Фактичний робочий процес поршневого компресора………………… ….. 14

5. Межі стискання газу в ступені поршневого компресора. Багатоступеневі компресори ……………………………………………………………… …… 21

6. Розподіл загального ступеня підвищення тиску компресора

між ступенями…………………………………………………………… …... 24

7. Регулювання подачі поршневого компресора………………………… …. 28

8. Класифікація та експлуатаційні особливості поршневих компресорів…. 32

9. Ротаційні компресори…………………………………………………….... 34

10. Гвинтові компресори……………………………………………………….. 38

11. Водокільцеві компресори та вакуум-насоси……………………………….. 40

12. Відцентрові компресори та газодувки…………………………………….... 42

Контрольні запитання…………………………………………………………….. 48

Список літератури………………………………………………………………… 50

ВСТУП

Одним із головних професійних завдань спеціалістів з енергоменеджменту є вміння знаходити резерви для зменшення енерговитратності виробництва та вміння розробляти заходи, спрямовані на практичну реалізацію цих резервів. Природно, що відшукуючи такі резерви, необхідно, у першу чергу, аналізувати роботу потужних споживачів енергії. На більшості промислових підприємств найбільш енергоємними серед енергетичних установок є нагнітальні, до яких відносяться насосні, вентиляторні та компресорні установки. Це обумовлено як високою потужністю їх приводів так і тривалим режимом їхньої роботи. Тому оптимізація роботи нагнітальних установок досить часто може привести до суттєвого зменшення енерговитратності виробництва в цілому і ця обставина вимагає від спеціалістів з енергоменеджменту мати чітку уяву про будову та експлуатаційні властивості різноманітних нагнітачів, знати методи регулювання режиму їхньої роботи та шляхи збільшення економічності.

Цей навчальний посібник призначений для студентів, що навчаються за спеціальністю «Енергетичний менеджмент». У ньому викладені основні положення теорії компресорних машин у обсязі, необхідному для розуміння конструктивних рішень, що закладені в будову найбільш поширених у різних галузях народного господарства компресорів – поршневих, ротаційних, гвинтових, водокільцевих, а також відцентрових турбокомпресорів. У посібнику висвітлені експлуатаційні особливості цих машин і розглянуті методи регулювання їхньої роботи. Навчальний матеріал, наведений у посібнику, необхідний при вивченні одного з розділів дисципліни «Енергетичні установки». Посібник являє собою доповнення до раніше виданого навчального посібника «Насосні та вентиляторні установки».

Посібник може бути корисним також для студентівy напрямів підготовки «Гірництво», «Інженерна механіка» та «Електромеханіка» при вивченні стаціонарних установок гірничих підприємств.

1. ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ

Компресори – це машини, що призначені для виробництва стиснутого газу та переміщення його до споживачів по трубопровідним системам. Компресори використовують також для відсмоктування газу із ємностей з метою створення там вакууму. У цьому разі вони стискають газ до атмосферного або трохи більшого тиску і називаються вакуум-насосами.

За принципом дії компресори, як і насоси, поділяють на об’ємні, турбінні та струминні. Але на відміну від насосів у компресорах одночасно з підвищенням тиску зменшується об’єм та зростає у загальному випадку температура газу. Це обумовлює суттєву відмінність внутрішніх процесів у компресорах і відмінність їх будови в порівнянні з насосами.

Незалежно від типу та принципу дії компресори характеризують такими основними параметрами:

абсолютним тиском усмоктування;

абсолютним тиском нагнітання;

ступенем підвищення тиску (с.п.т.), що являє собою відношення кінцевого тиску газу до початкового;

подачею;

потужністю на валу;

коефіцієнтом корисної дії.

Як і інші нагнітачі, компресори зазвичай характеризують об’ємною подачею. Але ці машини, на відміну від насосів і вентиляторів, не можуть характеризуватися об’ємною витратою газу, виміряною на нагнітанні. Це пояснюється зміною кінцевого об’єму газу при різних тисках нагнітання. Тому під об’ємною подачею компресора розуміють об’єм газу, що подається в зовнішню мережу за одиницю часу, який приведено до умов на вході в компресор.

Приведення об’єму нагнітального газу до умов на вході в компресор виконується за рівнянням

,

де , і – виміряні витрата газу, абсолютні тиск і температура на нагнітанні компресора; і – абсолютні тиск і температура всмоктуваного газу.

Характерною особливістю компресорів є також те, що їхня енергетична досконалість не може бути оціненою коефіцієнтом корисної дії в звичайному розумінні цього терміна – як відношення корисної роботи до витраченої. Це пояснюється тим, що потужність, яка підводиться до вала компресора, витрачається не лише на збільшення питомої механічної енергії газу. Частина її перетворюється в тепло, яке відводиться від стискуваного газу. Причому, чим більша частка споживаної потужності відводиться у вигляді тепла, тим меншою є загальна потужність, що витрачається на привід компресора. Через це неможливо виділити в загальній потужності на валу компресора її корисної частини. Таке положення є наслідком енергетичної нерівноцінності тепла і механічної енергії, що встановлюється другим законом термодинаміки.

Енергетичну досконалість компресорів оцінюють зазвичай індикаторними коефіцієнтами, які показують ступінь наближення реального процесу стискання газу в компресорі до можливого теоретичного.

Велику групу компресорних машин складають відцентрові та осьові турбокомпресори. Для них, як різновиду лопатевих машин, характерною є риса, що притаманна всім нагнітачам цього класу – вони володіють високою подачею при порівняно не великому ступеню підвищення тиску. Такі компресори застосовують у потужних енергетичних системах де існує стабільна потреба у великій кількості стиснутого газу.

Виробництво незначної кількості стиснутого газу здійснюється, в основному, об’ємними компресорами. Такі машини використовують також при нерівномірній витраті стиснутого газу. Серед об’ємних компресорів дуже поширені поршневі компресори, будова і принцип дії яких є найбільш наглядними і зрозумілими.

Найбільше розповсюдження в народному господарстві мають повітряні компресори.

БУДОВА ТА ПРИНЦИП ДІЇ ПОРШНЕВОГО КОМПРЕСОРА

Поршневий компресор (рис. 1) складається із циліндра 1, у якому зворотно-поступально переміщується поршень 2, що отримує рух від вала привідного двигуна через кривошипно-шатунну передачу. Ця передача складається із штока 3, повзуна 4, шатуна 5, кривошипа 6. У кришці циліндра розміщуються всмоктувальний 7 та нагнітальний 9 клапани, через які внутрішній простір циліндра сполучується відповідно із всмоктувальним 8 та нагнітальним 10 патрубками.

Рис. 1. Схема будови поршневого компресора

У компресорі використовують самодіючі клапани, які переключаються під дією перепаду тиску, що виникає на їхньому запірному елементі при роботі машини. Такі клапани обумовлюють автоматичний газорозподіл у поршневому компресорі і високу економічність цих машин.

При переміщуванні поршня з лівого крайнього положення управо внаслідок збільшення об’єму робочої камери, обмеженої кришкою циліндра та днищем поршня, тиск у ній падає до величини меншої ніж тиск у всмоктувальному патрубку 8, що призводить до відкривання всмоктувального клапана 7 і надходження у вивільнюваний простір циліндра газу з усмоктувального трубопроводу. Усмоктування газу відбувається доти, поки поршень не дійде до крайнього правого положення і на мить не зупиниться. Відразу після початку зворотного ходу поршня тиск у робочій камері вирівнюється з тиском у всмоктувальному патрубку і клапан 7 закривається. При подальшому русі поршня справа наліво зменшується об’єм робочої камери і відбувається стискання газу, що знаходиться там. Коли тиск стискуваного газу стане трохи більшим, ніж тиск у нагнітальному патрубку 10, нагнітальний клапан 9 відкриється і стиснутий газ буде виштовхуватися із циліндра в нагнітальний трубопровід. Характерною для поршневого компресора є відсутність фіксованого положення поршня для моменту відкривання нагнітального клапана – місцезнаходження поршня в цей момент може бути різним і визначається воно лише співвідношенням тисків у циліндрі та нагнітальному патрубку компресора. Виштовхування газу із циліндра закінчується в момент миттєвої зупинки поршня в крайньому лівому положенні. У наступному циклі описані процеси повторюються.

Для спрощення аналізу робочого процесу поршневого компресора будемо вважати, що:

– стискається ідеальний газ, який не має в’язкості та підпорядковується рівнянню стану

, (1)

де і – відповідно абсолютні тиск і температура газу; і – відповідно повний об’єм і маса газу; – газова стала, яка для повітря дорівнює ;

– у кінці ходу поршня справа наліво стиснутий газ повністю виштовхується із циліндра;

– у процесі всмоктування тиск і температура газу в циліндрі компресора незмінні і дорівнюють відповідним параметрам навколишнього середовища;

– у процесі виштовхування тиск і температура газу також незмінні та відповідають тиску і температурі газу за компресором;

– стискання газу відбувається при незмінному показнику процесу;

– у працюючому компресорі відсутні втрати енергії (витоки газу, утрати на тертя та т. ін.).

Компресор, що задовольняє цим умовам, називається ідеальним і його робочий процес являє собою теоретичний процес поршневого компресора.

Поиск по сайту: