reforef.ru 1

Компрессоры.

Компрессор - это машина, предназначенная для сжатия газов и паров. В процессе сжатия повышается давление газов.

Компрессоры классифицируют по максимальному конечному давлению и по объёмной подаче.

- Pк?0,1МПа – вентиляторы (перемещение газа)

- Рк<1МПа – компрессоры низкого давления

Многоступенчатые компрессоры:

- Pк<10МПа – компрессор среднего давления

- Pк>10МПа – компрессор большого давления

В многоступенчатых компрессорах сжатие происходит в несколько этапов с промежуточным охлаждением сжатого газа.

По величине объёмного расхода (объёмной подачи) - компрессоры делятся на машины:

- малой подачи: Gv=0,003м3/с;

- средней подачи: Gv=0,03м3/с;

- большой подачи: Gv=0,3м3/с.

Компрессоры малой подачи, как правило, поршневые компрессоры, а с большой подачей работают турбокомпрессоры.

Принципы сжатия газа в поршневом компрессоре и турбокомпрессоре различаются.
В поршневом компрессоре давление повышается за счёт сжатия газа в закрытом объёме. В турбокомпрессоре сжатие происходит в 2 этапа: сначала газ разгоняют до больших кинетических энергий, а затем затормаживают его, ставя преграду, в этом случае кинетическая энергия превращается в энергию давления.
Количественные характеристики процесса сжатия газа.
1. Степень сжатия газа - это отношение начального объёма Vнач. к конечному объёму газа Vкон.:



2. Степень повышения давления:





Обе характеристики в раз не задают.






Процессы в идеальном поршневом компрессоре.



1 - впускной клапан; 2 - нагнетательный клапан.

Vвред. - вредный объём.

h - ход поршня;

ВМТ - верхняя мёртвая точка; НМТ - нижняя мёртвая точка.

Поршневой компрессор - двухтактная машина, т. е. все процессы происходят за 2 такта (2 хода поршня).

Один такт – перемещение в пределах h.

Vвред. - вредный объём; в пределах этого объёма, когда поршень в положении ВМТ, остаётся сжатый газ, не вытолкнутый из компрессора. Наличие этого объёма снижает производительность компрессора.

Выпускной клапан 1 самооткрывающийся.

Нагнетательный клапан 2 снабжён пружиной, жёсткость которой определяет конечное давление сжатия.

В компрессоре присутствуют силы трения:

1. трение поршня о стенки цилиндра (необходимо проводить смазку);

2. аэродинамическое трение в клапанах (необходимо увеличить сечение клапанов).

Идеальный компрессор.
1. Сжимается идеальный газ, т. е. отсутствует аэродинамическое трение (это приводит к тому, что процессы всасывания и нагнетания проходят при p=const).

2. Отсутствует вредный объём.


3. Пренебрегаем трением поршня.

Изобразим процессы в идеальном компрессоре на индикаторной диаграмме.



0-1 – процесс всасывания при p1=const.

[Дж]>0

1-2 – процесс сжатия; оба клапана закрыты; поршень движется влево:

[Дж]<0.

В точке 2 открывается нагнетательный клапан и происходит процесс 2-3.

2-3 – процесс сжатия при p2=const; поршень движется влево:

[Дж]<0

В компрессоре процесс незамкнутый.

Процессы 0-1 и 2-3 – не термодинамические, т. е. в этих процессах параметры газов остаются постоянными, а изменяется только его количество.

Вся работа компрессора:



Lсжатия - техническая или располагаемая работа.

Удельная работа, т. е. работа для сжатия 1кг газа:






В общем случае показатель политропы сжатия может быть любым, однако на практике реализуется показатель политропы от k до 1 (1
n=1 – изотермически компрессор;

n=k – адиабатный компрессор.

В термодинамической диаграмме P-v изображается только процесс сжатия, т. к. он единственный является термодинамическим.



Минимальная работа – у изотермического компрессора;

Максимальная работа – у адиабатного компрессора.

Работа потребляется от двигателя привода, поэтому наиболее рационален способ сжатия - изотермический.

Теплоёмкость газов с?<0 при 1


Количество теплоты можно показать на тепловой диаграмме:



Для выбора мощности двигателя приводов нужно задаться расходом газа:

- объёмный расход;

- массовый расход.

Nк=lк∙G- мощность двигателя привода.
Многоступенчатое сжатие.
Для получения больших конечных давлений используют многоступенчатые компрессоры. При сжатии газов при 1

При больших значениях ?K могут быть достигнуты температуры, опасные для эксплуатации (может произойти возгорание масла и потеря прочности деталей), поэтому ?K ограничивают величинами порядка 4ч6. Применяют многоступенчатое сжатие и промежуточное охлаждение газов между ступенями сжатия.




К1; К2; К3 – ступени сжатия;

ТО1; ТО2 – промежуточные теплообменники.

При конструировании компрессоров стараются обеспечить равномерное распределение работы между ступенями:

lK1=lК2=lK3

Кроме того, ?K и n стараются делать одинаковыми. В этом случае изменение температуры газа в каждой ступени также будет одним и тем же:



В промежуточных теплообменниках газ охлаждается до начальной температуры при p=const.

Рабочая диаграмма.



m – число ступеней; если m??, то n=1; отсюда, уменьшается требуемая мощность двигателя привода.

1-2; 2'-3; 3'-4 – процессы сжатия в ступенях;

2-2'; 3-3' – охлаждение в теплообменнике.

Наличие теплообменников приближает многоступенчатое сжатие к изотермическому.








Изображение процессов сжатия в тепловой диаграмме:




Вся теплота:


Реальный компрессор.
В реальном компрессоре присутствуют вредный объём и все виды трения, поскольку газ неидеальный.

Изобразим процессы на индикаторной диаграмме:



1-2 – процесс сжатия заканчивается при большем давлении в точке 2, чем давление нагнетания (Рнагнет.) на величину ?Рнагнет. Это необходимо для компенсации трения в нагнетательном клапане.

2-3 – процесс нагнетания заканчивается в ВМТ, при этом в цилиндре во вредном объёме остаётся газ высокого давления.

При движении поршня по направлению к НМТ сначала газ расширяется из вредного объёма (Vвред.), а затем происходит процесс всасывания.

3-0 – процесс расширения газа из вредного объёма.

0-1 – процесс всасывания.

Давление в точке 0 ниже атмосферного (P1) на величину ?Рвсасыв. Это необходимо для компенсации трения во впускном клапане.

Наличие вредного объёма снижает производительность компрессора. Это можно показать на диаграмме для различных конечных давлений нагнетания.



Vвсасыв.=V1-V0 для PH1.

- объёмный КПД компрессора (для идеального компрессора: ?об.=1).

С увеличением давления нагнетания уменьшается объём всасывания (Vвсасыв.) и объёмный КПД компрессора (?об.).