рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Раздел Изобретательство
/
Вид работы: Лекции
/
Объемный компрессор.

Реферат Курсовая Конспект

Выберите учебное заведение

Объемный компрессор.

Объемный компрессор. - Лекция, раздел Изобретательство, Курс лекций по теплотехнике Тема 1. Введение. Основные понятия и определения Сжатый Воздух Получается С Помощью Различного Типа Компрессоров. Компрессоры ...

Сжатый воздух получается с помощью различного типа компрессоров. Компрессоры низкого давления называют вентиляторами и применяют для перемещения и подачи воздуха в калориферы сушильных установок, воздухоподогреватели, топки, а также для преодоления сопротивления движению газов, чтобы обеспечить тягодутьевой режим в различных установках.
По принципу устройства и работы компрессоры делятся на две группы – объемные и лопаточные. Объемные компрессоры подразделяются на поршневые и ротационные, а лопаточные – на центробежные и осевые (аксиальные). Несмотря на конструктивные различия термодинамические принципы их работы аналогичны между собой.
Объемный компрессор – это компрессор статического сжатия, которое происходит в нем вследствие уменьшения объема, где заключен газ.
Одноступенчатый поршневой компрессор. На рис.17.1,а показана принципиальная схема одноступенчатого поршневого компрессора. Коленчатый вал компрессора приводится во вращение от электродвигателя или от поршневого двигателя внутреннего сгорания. При движении поршня от ВМТ к НМТ в цилиндр с охлаждаемой рубашкой через автоматически открывающийся клапан А из окружающей среды всасывается газ. Нагнетательный клапан В закрыт под действием давления газов в резервуаре, которое больше атмосферного. При обратном движении поршня от НМТ к ВМТ газ начинает сжиматься, давление его увеличивается, и всасывающий клапан закрывается. Процесс сжатия продолжается до тех пор, пока давление в цилиндре не станет равным (практически несколько больше) давлению в резервуаре. Тогда клапан В открывается, и начинается процесс нагнетания сжатого газа в резервуар до тех пор, пока поршень не придет в ВМТ.

Рассмотрим рабочий процесс в рV - координатах для идеального одноступенчатого компрессора (идеального в том смысле, что в нем не учитываются потери на трение, а утечки газа и объем вредного пространства (объем между крышкой цилиндра и днищем поршня при его положении его в ВМТ) принимаются равными нулю, т. е. на рис.17.1,б положение ВМТ будет совпадать с осью ординат). Обозначим: V_h - рабочий (полезный) объем цилиндра; P₁ — давление окружающей среды; P₂ - давление газа в резервуаре; процессы: D - 1 - всасывание; 1-2 - сжатие; 2-C - нагнетание.
С началом нового хода поршня снова открывается всасывающий клапан, давление в цилиндре падает от Р₂ до Р₁ теоретически мгновенно, т. е. по вертикали С-D, и рабочий процесс повторяется, завершаясь, таким образом, за два последовательных хода поршня. Следовательно, компрессор представляет собой двухтактную машину. Площадь теоретической индикаторной диаграммы D-1-2-C, которая графически изображает круговой процесс, измеряет работу, расходуемую компрессором за один оборот его вала. Нужно иметь в виду условность названия кругового процесса (цикла) компрессора, так как всасывание и нагнетание не являются термодинамическими процессами, поскольку они происходят при переменном количестве газа. В этом состоит отличие индикаторной диаграммы от pх-диаграммы, которая строится для постоянного количества рабочего тела. В индикаторной диаграмме D-1-2-C сжатие газа 1-2 - термодинамический процесс, ибо в нем участвует постоянное количество газа. Очевидно, что при одном и том же конечном давлении P₂ конечный объем х₂ будет различен в зависимости от характера кривой процесса сжатия 1-2, а значит, будет различна и работа, затрачиваемая на привод компрессора.
Как следует из рис. 17.1б, наиболее выгодным процессом сжатия по затрате работ извне для привода компрессора является изотермический процесс 1-2'. В этом случае соблюдаются также идеальные условия для сохранения качества смазочных масел (вязкость, температура вспышки и др.). Однако изотермическое сжатие газа в компрессоре практически неосуществимо, и кривая сжатия обычно располагается между изотермой и адиабатой и может быть принята за политропу с показателем n = 1,2—1,25. Чем интенсивнее будет охлаждение газа при сжатии (чаще всего водой, проходящей через рубашку компрессора), тем больше будет политропа сжатия 1-2 отклоняться от адиабаты 1-2" в сторону изотермы 1-2'. С уменьшением теплообмена показатель n увеличивается. Очевидно также, что с увеличением n при одном и том же отношении P₂/P₁ конечная температура сжатого газа Т₂ будет возрастать по закону:

Tⁿ₁P^1-n₁ = Tⁿ₂P^1-n₂
или T₂ = T₁(P₂/P₁)^(n-1)/n . (17.1)

Например, при P₁ = 0,1 МПа, t₁ = 16°С и конечной температуре t₂ = 160°С при адиабатном сжатии давление воздуха можно увеличить в 4 раза, а при политропном (n = 1,2) в 10 раз. То есть конечная температура сжатия Т₂ зависит от характера процесса сжатия. Наиболее невыгодным процессом является адиабатное сжатие.
Абсолютное значение работы, затрачиваемой на сжатие 1 кг газа в одноступенчатом идеальном компрессоре (А₀) может быть подсчитано так:

А₀ = А_сж + А_нагн - А_всас = ò Рdv + Р₂v₂ - Р₁v₁ . (17.2)

По смыслу работы А₀, А_сж, А_нагн являются отрицательными, а работа процесса всасывания А_всас - положительной, так как на ее совершение энергия не затрачивается (трение отсутствует), и сопротивление воздуха, находящегося справа под поршнем при ходе всасывания, не учитывается, ибо не принимается также во внимание положительная работа этого воздуха при сжатии и нагнетании.
В зависимости от характера процесса сжатия ò Рdv имеет значения:
для изотермического процесса:
А^т = Р₁v₁ln(Р₁/Р₂);
для адиабатного процесса:
А^ад = 1/(b – 1)(P₁v₁– Р₂v₂);
для политропного процесса:
А^пол = 1/(n – 1)(Р₁v₁– Р₂v₂).
Чтобы не иметь дело с отрицательными величинами при подсчете работы сжатия, их умножают на -1. Это дает:
А^т = Р₁v₁ln(Р₂/Р₁); А^ад = 1/(b – 1)(P₂v₂– Р₁v₁);
А^пол = 1/(n – 1)(Р₂v₂– Р₁v₁).
Тогда теоретическая работа компрессора затрачиваемая на сжатие 1 кг газа, при изотермическом процессе сжатия выразится равенством:

А^т₀ = Р₁v₁ln(Р₂/Р₁); (17.3)

при адиабатическом процессе сжатия:

А^ад₀ = b/(b – 1)P₁v₁[(Р₂/Р₁) ⁽^{b - 1)/}^b – 1]; (17.4)

при политропном процессе сжатия:

А^пол₀ = n/(n – 1)Р₁v₁[(Р₂/Р₁) ^{(n - 1)/n} – 1]; (17.5)

При уменьшении производительности компрессора с увеличением давления сжатого воздуха и ухудшении при этом условий смазки из-за повышения температуры Т₂ одноступенчатый компрессор становится непригодным для получения сжатого газа высокого давления. Обычно одноступенчатые компрессоры применяют для получения сжатого газа давлением не выше 0,8—1 МПа. При необходимости иметь сжатый газ более высокого давления используют многоступенчатые компрессоры.
Многоступенчатый поршневой компрессор. В многоступенчатых компрессорах сжатие газов осуществляется последовательно в нескольких цилиндрах (до семи) с промежуточным охлаждением после каждого цилиндра в специальных холодильниках. При таком принципе работы сжатие газа в каждом цилиндре возможно при допустимом температурном режиме, обеспечивающем благоприятные условия смазки. В промежуточных холодильниках после каждого цилиндра газ охлаждают при постоянном давлении, равном давлению конечного сжатия в соответствующей ступени.
Рассмотрим в качестве примера работу трехступенчатого поршневого компрессора, схема которого приведена на рис.17.2, а рабочий процесс в pх- и тs- координатах (для идеального компрессора) — на рис.17.3.

Газ всасывается в цилиндр низкого давления (процесс D-1 на рис.17.3), сжимается по политропе 1-2 до давления P₂ и нагнетается в промежуточный холодильник x₁, где при постоянном давлении P₂ охлаждается вследствие отдачи теплоты воде, омывающей змеевик. Из промежуточного холодильника сжатый газ при том же давлении P₂ всасывается во вторую ступень. Конечный объем всасывания V₃<V₂; так как P₂ = Const, а T₃<T₂. Во второй ступени газ сжимается по политропе до давления P₄ (процесс 3-4), нагнетается при этом давлении во второй промежуточный холодильник х₂ и оттуда поступает в третью ступень, где и сжимается до конечного заданного давления P₆ (процесс 5-6) и нагнетается в резервуар.
Работу многоступенчатого компрессора стремятся организовать так, чтобы обеспечивались следующие три условия:
1) полное охлаждение газа во всех холодильниках, т.е. температуру газа доводят до начальной температуры Т₁, которую он имел при входе в первую ступень (Т₁ = Т₃ = Т₅);
2) одинаковая конечная температура сжатия газа во всех ступенях, обеспечивающая во всех цилиндрах надежные условия смазки (Т₂ = Т₄ = Т₆);
3) одинаковые показатели политроп сжатия во всех цилиндрах, т.е.
n^I = n^II = n^III = n.
При выполнении этих условий перепады давлений (отношение конечного давления к начальному) во всех ступенях одинаковы, т.е. Р₂/Р₁ = Р₄ /Р₃ = Р₆/Р₅.
Для определения общей работы, затрачиваемой на привод многоступенчатого компрессора, необходимо просуммировать работы, затрачиваемые на сжатие газа по отдельным ступеням. Нетрудно показать, что при выполнении трех указанных условий А^I₀, А^II₀, А^III₀ будут одинаковы.
В соответствии с формулой (17.5) имеем:

А^I₀ = n/(n – 1)Р₁v₁[(Р₂/Р₁) ^{(n - 1)/n} – 1] =
= n/(n – 1)RT₁[(Р₂/Р₁) ^{(n - 1)/n} – 1]; (17.6)

А^II₀ = n/(n – 1)Р₃v₃[(Р₄/Р₃) ^{(n - 1)/n} – 1] =
= n/(n – 1)RT₃[(Р₄/Р₃) ^{(n - 1)/n} – 1]; (17.7)

А^III₀ = n/(n – 1)Р₅v₅[(Р₆/Р₅) ^{(n - 1)/n} – 1]=
= n/(n – 1)RT₅[(Р₆/Р₅) ^{(n - 1)/n} – 1]; (17.8)

Так как правые части уравнений равны, то А^I₀ = А^II₀= А^III₀. Тогда теоретическая работа m ступенчатого компрессора, затрачиваемая на сжатие 1 кг газа, будет определяться произведением m•А₀.
Теоретическая мощность N₀ (Вт), затрачиваемая на привод компрессора, может быть определена по равенству:

N₀ = M·m•А₀ , (17.9)

где: M – производительность компрессора, кг/с; А₀ – теоретическая работа на сжатие 1 кг газа в одной ступени, Дж/кг; m – число ступеней компрессора.
Для определения действительной (эффективной) мощности N_е, необходимой для привода компрессора, нужно знать потери работы на преодоление сопротивлений клапанов и трубопроводов и на трение в соприкасающихся частях компрессора, которые учитываются механическим КПД:

N_е = N₀ / з_м = M·m•А₀ / з_м . (17.10)

Для поршневого компрессора з_м = 0,8—0,9.

Развернуть

Открыть в широком формате

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Курс лекций по теплотехнике Тема 1. Введение. Основные понятия и определения

Содержание лекций... Раздел I Техническая термодинамика Тема Введение Основные понятия и определения...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Объемный компрессор.

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Термодинамическая система.
Техническая термодинамика (т/д) рассматривает закономерности взаимного превращения теплоты в работу. Она устанавливает взаимосвязь между тепловыми, механическими и химическими процессами, которые с

Параметры состояния.
Величины, которые характеризуют физическое состояние тела называются термодинамическими параметрами состояния. Такими параметрами являются удельный объем, абсолютное давление, абсолютная температур

Уравнение состояния и термодинамический процесс.
Основные т/д параметры состояния Р, υ, Т однородного тела зависят друг от друга и взаимно связаня между собой определенным математическим уравнением, который называется уравнением состоя

Теплота и работа.
Тела, участвующие при протекании т/д процесса обмениваются энергией. Передача энергии от одного тела к другому происходит двумя способами. 1-й способ реализуется при непосредственном кон

Внутренняя энергия.
В общем случае внутренней энергией называется совокупность всех видов энергий, заключенной в теле или системе тел. Эту энергию можно представить как сумму отдельных видов энергий: кинетической энер

Первый закон термодинамики.
Первый закон термодинамики является основой термодинамической теории и имеет огромное прикладное значение при исследовании термодинамических процессов. Этот закон является законом сохранения и прев

Теплоемкость газа.
Истинная теплоемкость рабочего тела определяется отношением количества подведенной (отведенной) к рабочему телу теплоты в данном т/д процессе к вызванному этим изменениям температуры тела.

Универсальное уравнение состояния идеального газа.
Идеальным газом называется такой газ, у которого отсутствуют силы взаимного притяжения и отталкивания между молекулами и пренебрегают размерами молекул. Все реальные газы при высоких

Смесь идеальных газов.
Газовой смесью понимается смесь отдельных газов, вступающих между собой ни в какие химические реакции. Каждый газ (компонент) в смеси независимо от других газов полностью сохраняет все свои

Основные положения второго закона термодинамики.
Первый закон термодинамики утверждает, что теплота может превращаться в работу, а работа в теплоту и не устанавливает условий, при которых возможны эти превращения. Превращение работы в теплот

Энтропия.
Одним из функций состояния термодинамической системы является энтропия. Энтропией называется величина определяемая выражением: dS = dQ / T. [Дж/К] (3.1) или для удел

Цикл и теоремы Карно.
Циклом Карно называется круговой цикл, состоящий из 2-х изотермических и из 2-х адиабатных процессов. Обратимый цикл Карно в p,υ- и T,s- диаграммах показан на рис.3.1.

Изопроцессы идеального газа.
1). Изохорный процесс (Рис.4.1). n = Const , n 2 = n 1. (4.10) Уравнение состояния процесса: P2 / P1 = T2

Политропный процесс.
Политропным процессом называется процесс, все состояния которого удовлетворяются условию: P· nn = Const, (4.24) где n – показатель политропы, постоянная для данного про

Первый закон термодинамики для потока.
На практике при рассмотрении рабочих процессов машин, аппаратов и устройств, встречаются задачи изучении закономерностей движения рабочих тел (газов, пара и жидкостей). Уравнение 1-го закона те

Критическое давление и скорость. Сопло Лаваля.
Если перемещение газа по каналу происходит его расширение с уменьшением давления и увеличением скорости, то такой канал называется соплом. Если в канале происходит сжатие рабочего

Дросселирование.
Дросселированием называется явление, при котором пар или газ переходит с высого давления на низкое без совершения внешней работы и без подвода или отвода теплоты. Такое явление происходит в трубопр

Свойства реальных газов.
Реальные газы отличаются от идеальных газов тем, что молекулы этих газов имеют объемы и связаны между собой силами взаимодействия, которые уменьшаются с увеличением расстояния между молекулами. При

Уравнения состояния реального газа.
Наиболее простым и качественно верно отображающим поведение реального газа, является уравнение Ван-дер-Ваальса: (P + a/n2)·(n – b) = R·T . (6.3) а, b – постоянные велич

Понятия о водяном паре.
Одним из распространенным рабочим телом в паровых турбинах, паровых машинах, в атомных установках, теплоносителем в различных теплообменниках является водяной пар. Пар

Характеристики влажного воздуха.
Атмосферный воздух, в основном состоящий из кислорода, азота, углекислого газа, содержит всегда некоторое количество водяного пара. Смесь сухого воздуха и водяного пара называется влажным

Циклы паротурбинных установок (ПТУ).
Паротурбинная установка является основой современных тепловых и атомных электростанций. Рабочим телом в таких установках является пар какой-либо жидкости (водяной пар). Основным циклом в паротурбин

Циклы двигателей внутреннего сгорания (ДВС).
Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания подразделяют на три группы: с подводом теплоты при постоянном объеме (карбюраторные ДВС); с подводом теплоты при постоянном д

Циклы газотурбинных установок (ГТУ).
Основными недостатками поршневых двигателей внутреннего сгорания явяляются ограниченность их мощности и невозможность адиабатного расширения рабочего тела до атмосферного давления, котрые отсутству

Температурное поле. Уравнение теплопроводности.
Будем рассматривать только однородные и изотропные тела, т.е. такие тела, которые обладают одинаковыми физическими свойствами по всем направлениям. При передачи теплоты в твердом теле

Стационарная теплопроводность через плоскую стенку.
1).Однородная плоская стенка (Рис.9.2.). Температуры пов

Стационарная теплопроводность через цилиндрическую стенку.
1). Однородная цилиндрическая стенка. Рассмотрим однородный однослойный цилиндр длиной l, внутренним диаметром d1и внешним диаметром d2 (Рис.9.4).

Стационарная теплопроводность через шаровую стенку.
Пусть имеется полый шар (Рис.9.6) – внутренний диаметр d1, внешний диаметрd2, температура внутренней поверхности стенки –tст1, температуранаружнойповерхности стенки

Факторы, влияющие на конвективный теплообмен.
Конвективным теплообменом называется одновременный перенос теплоты конвекцией и теплопроводностью. В инженерных расчетах часто определяют конвективный теплообмен ме

Закон Ньютона-Рихмана.
Процесс теплообмена между поверхностью тела и средой описывается законом Ньютона-Рихмана, которая гласит, что количество теплоты, передаваемая конвективным теплообменом прямо пропорционально разнос

Краткие сведения из теории подобия.
Для аналитического метода исследования конвективного теплообмена нужно решить систему дифференциальных уравнений, состоящий из: 1). Уравнения энергии (закон сохранения энергии):

Критериальные уравнения конвективного теплообмена.
Используя теорию подобия из системы дифференциальных уравнений 10.4, 10.9, 10.10 и 10.11 можно получить уравнение теплоотдачи (10.3) для конвективного теплообмена в случае отсутствия внутренних ист

Расчетные формулы конвективного теплообмена.
Приведем некоторые основные расчетные формулы конвективного теплообмена (академика М.А.Михеева), которые даны для средних значений коэффициентов теплоотдачи по поверхности стенки.

Основные законы теплового излучения
Закон Планка. Интенсивности излучения абсолютно черного тела Isl и любого реального тела Il зависят от температуры и длины волны. Абсолю

Степень черноты полного нормального излучения
для различных материалов Наименование материала t ,°С e Алюминий полированный 50—500 0

Теплопередача через плоскую стенку.
Теплопередачей называется передача теплоты от горячего теплоносителя к холодному теплоносителю через стенку, разделяющую эти теплоносители. Примерами теплопередачи являются: передача теп

Теплопередача через цилиндрическую стенку.
Принцип расчета теплового потока через цилиндрическую стенку аналогична как и для плоской стенки. Рассмотрим однородную трубу (рис.12.2) с теплопроводностью l, внутренний диаметр d1, нар

Типы теплообменных аппаратов.
Теплообменным аппаратом называют всякое устройство, в котором одна жидкость — горячая среда, передает теплоту другой жидкости - холодной среде. В качестве теплоносителей в тепловых аппаратах исполь

Расчет теплообменных аппаратов.
Целью теплового расчета является определение поверхности теплообмена, а если последняя известна, то целью расчета является определение конечных температур рабочих жидкостей. Основными расчетными ур

Состав топлива.
Топливом называется горючее вещество, используемое в качестве источника получения теплоты в энергетических, промышленных и отопительных установках. В зависимости от типа реакций,

Характеристика топлива.
Влажность воздуха. Средняя влажность топлива в рабочем состоянии составляет в %: для торфа 50; сланцев 13-17; каменного угля 5-14 и антрацита 5-8. Бурые угли в зависимости от влажност

Моторные топлива для поршневых ДВС.
Основными моторными топливами являются бензины и дизельные топлива, получаемые путем переработки нефти. Кроме этого также используют сжатые и сжиженн

Котельный агрегат и его элементы.
Как уже указывалось, устройства, в которых непосредственно вырабатывается пар и нагревается вода, называют паровыми или водогрейными котлами. Если котлы в отопительных котельных вырабатывают пар да

Вспомогательное оборудование котельной установки.
Сепарационные устройства.Влажный насыщенный пар, получаемый в барабане котлоагрегатов низкого и среднего давлений, может уносить с собой капли котловой воды, содержащей растворенны

Тепловой баланс котельного агрегата.
Тепловой баланс котельного агрегата устанавливает равенство между поступающим в агрегат количеством теплоты и его расходом. На основании теплового баланса определяют расход топлива и вычисляют коэф

Топочные устройства.
Топка – один из основных элементов котельного агрегата. В ней происходит процесс горения, при котором химическая энергия топлива преобразуется в тепловую энергию продуктов сгорания

Сжигание топлива.
Сжигание твердого топлива в факеле. Большое значение для работы пылеугольных топок имеет конструкция применяемых горелок. Горелки должны обеспечивать хорошее перемешивание топлива с воздухом, надеж

Теплотехнические показатели работы топок.
Важнейшая теплотехническая характеристика топочных устройств, основываясь на которой решают вопросы их конструкции и оценивают интенсивность работы, - тепловое напряжение объема топочного простр

Физический процесс горения топлива.
Горениетоплива – химическая реакция соединения горючих элементов топлива с окислителем при высокой температуре, сопровождающийся интенсивным выделением теплоты. В качестве окислителя

Определение теоретического и действительного расхода воздуха на горение топлива.
Горючие вещества топлива взаимодействуют с кислородом воздуха в определенном количественном соотношении. Расход кислорода и количество получающихся продуктов сгорания рассчитывают по стехиометри

Количество продуктов сгорания топлива.
При полном сгорании топлива продукты сгорания содержат газы: СО2, S2O, N2, О2 и пары воды Н2О, т. е. СО2 + S2O

Лопаточный компрессор.
В отличие от объемного лопаточный компрессор - это компрессор динамического сжатия. Они бывают двух видов: центробежные и осевые (аксиальные). Центробежный многоступенчатый компр

Токсичные газы продуктов сгорания.
Продукты сгорания, расчет которых изложен в п/п 16.3 темы 16, оказывают определяющее влияние на энергетические и экологические показатели различных теплотехнических установок. Однако помимо эти

Воздействия токсичных газов.
Для оценки концентраций токсичных выбросов принято сравнивать их фактические концентрации с предельно допустимыми (максимально разовыми, среднесуточными или среднегодовыми). На основании многоч

Последствия парникового эффекта.
Одним из основных продуктов сгорания углеводородных топлив является диоксид углерода (СО2), который не относится к токсичным газам. Годовая эмиссия СО2 составляет 130...1100 м