Основні теоретичні положення

ДОСЛІДЖЕННЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПОРШНЕВОГО КОМПРЕСОРА

Практична значення лабораторної роботи

В промисловості часто використовують гази та їх суміші. Для переміщення їх по трубопроводах та апаратах, утворення вакууму застосовують компресорні машини. В залежності від властивостей газу та суміші, а також від необхідної продуктивності вибирають різні види компресорних машин. Визначенню характеристик поршневого компресора присвячена дана лабораторна робота.

Мета лабораторної роботи

1. Вивчити конструкцію та принцип дії поршневого компресора.

2. Ознайомитися з конструкцією лабораторної установки.

3. Засвоїти методику розрахунку основних параметрів роботи поршневого компресора.

Основні теоретичні положення

Компресорні машини – це машини, які призначені для переміщення та стиснення газів. Класифікацію цих машин проводять в залежності від ступеня стиснення.

Ступінь стиснення – це відношення тиску Р ₂, який утворює компресорна машина, до тиску, при якому здійснюється всмоктування газу Р ₁. В залежності від величини ступеня стиснення розрізнюють наступні типи компресорних машин (рис.2.1):

1) вентилятори - для переміщення великої кількості газу;

2) газодувки - для переміщення газів при відносно високому опорі газопровідної мережі;

3) компресори - для утворення високого тиску;

4) вакуум–насоси – для відсмоктування газів при тиску нижче атмосферного.

Рис. 2.1. Класифікація компресорних машин

За принципом дії компресорні машини підрозділяються на поршневі, ротаційні, відцентровані, осьові та струменеві.

У поршневих машинах стиснення газу відбувається завдяки зменшенню об’єму, в якому знаходиться газ, при зворотно - поступальному русі поршня.

Стиснення газу в ротаційних машинах обумовлено зменшенням об’єму, в якому знаходиться газ, за рахунок обертання ексцентрично розташованого ротора.

У відцентрованих машинах стиснення газу здійснюється під дією інерційних сил, що виникають при обертанні робочого колеса.

В осьових машинах газ стискується при русі його уздовж осі робочого колеса.

В струменевих машинах стиснення газу здійснюється за рахунок кінетичної енергії струменя допоміжної рідини або пару.

Процеси стиснення газів. Кінцевий тиск газу при стисненні залежить від умов теплообміну газу з навколишнім середовищем. Теоретично можливі два процесу стиснення:

1) ізотермічний процес; коли все тепло, що виділяється при стисненні повністю відводиться і температура газу залишається незмінною.

2) адіабатичний процес, коли теплообмін газу з навколишнім середовищем повністю відсутній, і все тепло, що виділяється при стисненні, витрачається на збільшення внутрішньої енергії газу, підвищуючи його температуру.

Насправді при стисненні газу разом із зміною його об'єму та тиску відбувається зміна температури, і одночасно частина тепла, що виділяється, відводиться в навколишнє середовище. Такий процес стиснення газу називається політропічним.

Теоретична потужність, що витрачається на стиснення газу в компресорі, визначається за рівняннями:

для ізометричного стиснення:

(2.1)

для адіабатичного стиснення

(2.2)

для політропічного стиснення:

(2.3)

де V ₁ - подача за умов всмоктування, м³/с;

Р ₁ та Р ₂ - початковий та кінцевий тиск газу, Н/м²;

k - показник адіабати (відношення теплоємності при постійному тиску до теплоємності при постійному об’ємі, визначається за довідником);

т - показник політропи, який залежить від природи газу та умов теплообміну з навколишнім середовищем.

Найбільш економічним вважається процес ізометричного стиснення. При цьому процесі все тепло, що виділяється при стисненні, відводять шляхом охолодження газу.

Температура газу Т ₂після стиснення визначається за наступними формулами:

для ізометричного процесу:

Т ₂ =Т ₁; (2.4)

для адіабатичного процесу:

(2.5)

для політропічного процесу:

(2.6)

Принцип дії компресора. При ході поршня (2) зліва направо в циліндрі (1) (рис. 2.2) утворюється розрідження, внаслідок чого всмоктуючий клапан (3) відкривається і газ всмоктується в порожнину циліндра. При цьому нагнітальний клапан (4) закритий. Поршень з’єднано з шатуном (5) і кривошипом (6), на валу якого встановлений маховик (7). При русі поршня справа наліво газ, що знаходиться в циліндрі, стискається до тиску, достатньому для подолання зусиль нагнітального клапана, який при цьому відкривається і стислий газ виштовхується з циліндра в нагнітальний трубопровід. Потім цикл повторюється.

Рис. 2.2. Поршневий компресор

Всмоктування газу починається не у момент зрушення поршня з мертвої точки, а дещо пізніше. Між поршнем і кришкою циліндра завжди залишається газ (шкідливий простір), який стиснутий до тиску в нагнітальному патрубку. Тому, щоб почалося всмоктування, цей тиск повинен бути нижче за тиск у всмоктуючому трубопроводі. Таким чином, до початку всмоктування поршень повинен пройти деякий шлях.

Реальний процес характеризується індикаторною діаграмою (рис. 2.2), де прийняті наступні позначення:

V ₀ - повний об’єм циліндра компресора, м³;

V ₁ - об’єм, який проходить поршень, м³;

- дійсній об’єм газу, який всмоктується компресором за один хід поршня, м³;

-об’єм шкідливого простору, м³;

V_е - дійснийоб’єм газу, що подається, м³.

Відношення об'єму газу , який фактично всмоктується до об'єму, що описується поршнем V ₁, називається об'ємним коефіцієнтом компресора

(2.7)

При збільшенні об’єму шкідливого простору та ступені стиснення газу величина зменшується. Якщо =0, то точка А зміщується вправо до точки В, а точка С до точки D (рис. 2.3). Це показує на те, що процес стиснення газу здійснився.

Рис. 2.3. Індикаторна діаграма

Відношення об’єму газу, що фактично подається компресором V_е , до об’єму, який проходить поршень V ₁, називається коефіцієнтом подачі

(2.8)

Коефіцієнт подачі можна прийняти в залежності від об’ємного коефіцієнту за наступної формулою:

(2.9)

Теоретичну подачу, або об’єм, який проходить поршень, можна визначити за рівнянням:

, (2.10)

де - площа циліндру, м²;

d - діаметр поршня, м;

п - частота обертання валу, с^-1;

l - хід поршня, м;

y - кількість циліндрів.

Дійсний об’єм газу V_e, що подається компресором для кожного тиску, визначається наступним чином. При підвищенні тиску в ресивері від 0 до 1 (за манометром ∆Р =1 кгс/см²) буде подано повітря об’ємом:

, м³ (2.11)

де V_p - сумарний об'єм ресивера, м³.

При підвищенні тиску в ресивері від 1 до 2 (за манометром ∆ Р =1):

(2.12)

При підвищенні тиску в ресивері від 2 до 3 (за манометром ∆ Р =1)

, (2.13)

тобто нагнітання в ресивер об’єму газу, який дорівнює об’єму ресивера, підвищує тиск у ньому на 1 атм. Тоді дійсна подача компресора для кожного проміжку тиску (м³/с) буде визначатися за рівнянням:

, (2.14)

де а - число, що показує, скільки об'ємів V_p подає компресор за час ∆ τ при зміні тиску від Р ₁ до Р ₂; ця величина пропорційна зміні тиску в кінці та на початку стиснення (за манометром Р ₂ – Р ₁);

∆ τ - час нагнітання при зміні тиску від Р ₁ до Р ₂, с.

Поиск по сайту: