Температура газа после сжатия

Аналитические формулы

 

· Для изотермического процесса: ;

· Для адиабатического процесса: ;

· Для политропного процесса: ;

где  - удельная работа сжатия;

 

 - показатель адиабаты (для воздуха );

 - показатель политропы.

 

Температура газа после сжатия

 

· Для изотермического процесса: ;

· Для адиабатического процесса: ;

· Для политропного процесса: ;

Теоретическая мощность, затрачиваемая компрессором :

 

;

 

(кг/с);

 - удельная работа сжатия;

.

Наименьшая работа затрачивается при изотермическом сжатии (например, при водяном охлаждении сжимаемого газа).

Для оценки эффективности применяют относительный К.П.Д., основанный на сравнении данной машины с наиболее экономичной машиной того же класса.

Для машин с водяным охлаждением  изотермический К.П.Д.:

 

;

 

Для машин без охлаждения  адиабатический К.П.Д.:

 

;

 

Сжатие газа по адиабате наиболее экономично из класса компрессоров, работающих без охлаждения.

Мощность на валу двигателя:

 

;

 

 - механический К.П.Д.

;

;

;

Номинальная мощность двигателя:

 

;

 

Установочная мощность:

 

;

 

Поршневые компрессоры

 

Поршневые компрессоры делятся:

a) Одноступенчатые и многоступенчатые;

b) Простого и двойного действия;

c) Вертикальные и горизонтальные.

 

Одноступенчатые компрессоры

В них газ сжимается до конечного давления в одном цилиндре, или нескольких цилиндрах, но работающих параллельно (одна ступень сжатия).

1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – всасывающий клапан; 4 – нагнетательный клапан;

5 – шатун; 6 – кривошип; 7 – маховик; 8 – ползун (крейцкопф).

 

Схемы одноступенчатых поршневых компрессоров:

а) Одноцилиндровый простого действия (бескрейцкопфный);

 

б) Одноцилиндровый двойного действия (эти компрессоры более сложны, но имеют практически вдвое большую производительность);

 

 

в) Двухцилиндровый простого действия (привод осуществляется от одного коленчатого вала с кривошипами, сдвинутыми на ; на линии устанавливается ресивер; стенки цилиндров часто имеют водяную рубашку).

 

Многоступенчатое сжатие

Применяется для получения высоких давлений путём последовательного прохождения ступеней сжатия с обязательным промежуточным охлаждением газа. Объёмы цилиндров последовательно уменьшаются!!!

 

а) Однорядный двойного действия со ступенями сжатия в отдельных цилиндрах. Поршни движутся в одном направлении – поэтому возникают большие инерционные силы.

1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – всасывающий клапан; 4 – нагнетательный клапан; 5 – шатун;

6 – ползун (крейцкопф); 7 – кривошип; 8 – маховик; 9 – промежуточный холодильник.

 

б) Оппозитный двухрядный. С противоположным движением поршней. Это позволяет уравновесить силы инерции. Достигается большая скорость вращения коленчатого вала и, следовательно, становится выше производительность.

1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – всасывающий клапан; 4 – нагнетательный клапан; 5 – шатун;

6 – ползун (крецкопф); 7 – кривошип; 8 – маховик; 9 – промежуточный холодильник

 

в) Двухступенчатый простого действия с V-образным расположением цилиндров. Имеет ряд достоинств: уменьшение занимаемых производственных площадей; непосредственное соединение с электродвигателем. У нас в лаборатории 0-14.

1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – всасывающий клапан; 4 – нагнетательный клапан; 5 – шатун;

6 – ползун (крецкопф); 7 – кривошип; 8 – маховик; 9 – промежуточный холодильник

г) Двухступенчатый с дифференциальным поршнем (поршнем переменного сечения). Имеет возможность в одном цилиндре производить две или более ступеней сжатия.

 

1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – всасывающий клапан; 4 – нагнетательный клапан; 5 – шатун;

7 – кривошип; 8 – маховик; 9 – промежуточный холодильник

 

При числе ступеней сжатия n и степени сжатия в одной ступени  получаем:

 

 

С учётом потерь давления между ступенями

 

Обычно степень сжатия в одной ступени , чтобы температура газа в конце сжатия не превышала 150-160 ⁰C. Производительность многоступенчатого компрессора определяется производительностью первой ступени.

Энтропийная диаграмма (T-S) для многоступенчатого компрессора

Допущения:

1) Газ охлаждается до начальной температуры;

2) Потери давления в холодильнике равны нулю;

3) Мёртвые пространства не учитываются.

 

Линия BK соответствует изотермическому сжатию от давления P₁ до P_к; (в одноступенчатом компрессоре).

Линия AL соответствует политропическому сжатию в одноступенчатом компрессоре.

Процесс многоступенчатого сжатия с промежуточным охлаждением более близок к изотермическому.

Если степени сжатия  постоянны по ступеням и T_вых=T₁, то теоретическая работа многоступенчатой машины

 

 

Предельная температура в конце сжатия:

 

Теоретический объёмный КПД машины:

Центробежные машины

а) Вентиляторы

 Они условно делятся на вентиляторы:

· Низкого давления P < 100 мм вод. ст.

· Среднего давления P = 100-300 мм вод. ст.

· Высокого давления P = 300-1000 мм вод. ст.

Схема вентилятора низкого давления:

1 – корпус; 2 – рабочее колесо; 3 – всасывающий патрубок;

4 – нагнетательный патрубок

 

В спиралеобразном корпусе вращается барабан с большим числом лопаток.

Характеристики центробежных вентиляторов аналогичны центробежным насосам.

Рабочий режим также находится в  точке пересечения характеристики сети и характеристики вентилятора.

Напор вентилятора:

;

Мощность на валу:

;

Q – производительность (м³/с), ;

 

 

б) Турбогазодувки

Схема турбогазодувки:

1 – корпус; 2 – рабочее колесо; 3 – направляющий аппарат;

4 – всасывающий патрубок; 5 – нагнетательный патрубок

 

Рабочее колесо с лопатками, подобное центробежному насосу. Колесо помещают внутри неподвижного направляющего аппарата, в котором происходит преобразование кинетической энергии вращения газа в потенциальную энергию давления газа.

Направляющий аппарат представляет собой два кольцевых диска, соеденённых между собой лопатками с наклоном, противоположным наклону лопаток рабочего колеса.

в) Многоступенчатые турбогазодувки

Схема многоступенчатой турбогазодувки:

1 – корпус; 2 – рабочее колесо; 3 – направляющий аппарат; 4 – обратный канал

 

Они имеют несколько колёс, закрепленных на одном валу (в количестве 3-4).

После каждого колеса газ поступает в направляющий аппарат и обратный канал, снабжённый неподвижными направляющими рёбрами.

Ширина колеса с увеличением степени сжатия (и уменьшением объёма газа) уменьшается – при постоянном диаметре. Поэтому становится возможным сжатие газов в каждой последующей ступени без изменения скорости вращения и изменения формы лопаток.

Газ в многоступенчатых турбогазодувках не охлаждают. Степень сжатия 3-3,5.

 

 

в) Турбокомпрессоры.

г) Устройство их аналогично турбогазодувкам. Число рабочих колёс больше и выше скорость вращения (240-270 м/с). Давление нагнетания до 250-300 атм. Изменяется не только ширина, но и диаметр рабочих колёс. Также имеется направляющий аппарат и обратный канал. Между группами колёс часто устанавливают промежуточные холодильники.

Вакуум-насосы

Особенность работы вакуум-насосов – высокая степень сжатия:

По этой причине резко снижается производительность и объёмный коэффициент сжатия. Для более полного использования рабочего объёма стремятся свести к минимуму «мёртвый» объём.

Вакуум-насосы делятся:

а) Поршневые «сухие» (газ) и мокрые (газ с жидкостью);

б) Ротационные – пластинчатые и водокольцевые;

в) Струйные – пароструйные с промежуточной конденсацией.

Особенность сухих и ротационных вакуум-насосов – перепуск газа из мёртвого пространства. В конце сжатия мёртвое пространство соединяется при помощи золотника с камерой всасывания, газ переходит из мёртвого пространства к всасыв. Давление в мёртвом пространстве падает, и сжатие газа начинается в самом начале хода поршня, что увеличивает производительность и объёмный коэффициент сжатия.

 

Компрессорных машин

Наибольшее распространение получили поршневые и центробежные машины.

Поршневые компрессоры

Используют при малых подачах газа (до 10 тыс. м³/ч) и высоких давлениях (до 100 МПа).

Вакуум-насосы

Сухие до 99 % абсолютного вакуума.

Мокрые 80-90 % абсолютного вакуума.

Пластинчатые 95-98 % абсолютного вакуума.

Водокольцевые (наиболее распространены) 95-98 % абсолютного вакуума. Используются в агрессивных средах, взрывоопасные смеси, влажные газы. Вакуум ограничен температурой и видом рабочей жидкости – парциальное давление её паров.

 

Пароструйные вакуум-насосы

Они широко используются на установках АВТ при вакуумной перегонке мазута.

Преимущества:

а) Простота устройства;

б) Отсутствие движущихся частей (агрессивная среда).

 

Недостатки:

а) Значительный расход водяного пара;

б) Неизбежное смешивание сжимаемого газа с водяным паром;

в) Образование загрязненных сточных вод.

 

Аналитические формулы

 

· Для изотермического процесса: ;

· Для адиабатического процесса: ;

· Для политропного процесса: ;

где  - удельная работа сжатия;

 

 - показатель адиабаты (для воздуха );

 - показатель политропы.

 

Температура газа после сжатия

 

· Для изотермического процесса: ;

· Для адиабатического процесса: ;

· Для политропного процесса: ;

Теоретическая мощность, затрачиваемая компрессором :

 

;

 

(кг/с);

 - удельная работа сжатия;

.

Наименьшая работа затрачивается при изотермическом сжатии (например, при водяном охлаждении сжимаемого газа).

Для оценки эффективности применяют относительный К.П.Д., основанный на сравнении данной машины с наиболее экономичной машиной того же класса.

Для машин с водяным охлаждением  изотермический К.П.Д.:

 

;

 

Для машин без охлаждения  адиабатический К.П.Д.:

 

;

 

Сжатие газа по адиабате наиболее экономично из класса компрессоров, работающих без охлаждения.

Мощность на валу двигателя:

 

;

 

 - механический К.П.Д.

;

;

;

Номинальная мощность двигателя:

 

;

 

Установочная мощность:

 

;

 

Поршневые компрессоры

 

Поршневые компрессоры делятся:

a) Одноступенчатые и многоступенчатые;

b) Простого и двойного действия;

c) Вертикальные и горизонтальные.

 

Одноступенчатые компрессоры

В них газ сжимается до конечного давления в одном цилиндре, или нескольких цилиндрах, но работающих параллельно (одна ступень сжатия).

1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – всасывающий клапан; 4 – нагнетательный клапан;

5 – шатун; 6 – кривошип; 7 – маховик; 8 – ползун (крейцкопф).

 

Схемы одноступенчатых поршневых компрессоров:

а) Одноцилиндровый простого действия (бескрейцкопфный);

 

б) Одноцилиндровый двойного действия (эти компрессоры более сложны, но имеют практически вдвое большую производительность);

 

 

в) Двухцилиндровый простого действия (привод осуществляется от одного коленчатого вала с кривошипами, сдвинутыми на ; на линии устанавливается ресивер; стенки цилиндров часто имеют водяную рубашку).