ПОРШНЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ - Конспект Лекций, раздел Науковедение, КОНСПЕКТЫ ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ ЛЕКЦИЯ 1 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Сжатый Воздух Находит Широкое Применение В Технологических Пр...
Сжатый воздух находит широкое применение в технологических процессах, в частности для привода пневмомеханизмов, молотов, вибраторов, пневмоподъемников, для транспортировки сыпучих материалов, для сепарации пыли и др. Для его получения служат компрессоры, которые различаются по следующим основным признакам? по создаваемому давлению (низкого давления – до 10 бар, среднего – до 100 бар, высокого – до 1000 бар); по принципу работы – объемные (поршневые, ротационные), лопастные (осевые, центробежные), струйные; по расположению оси цилиндра (горизонтальные, вертикальные, V-образные); по способу охлаждения (воздушное, водяное и т. п.); по числу ступеней (одно-, двух-, многоступенчатые). С точки зрения термодинамики протекающие в компрессорах процессы совершенно одинаковы. Поэтому для наглядности приведен пример поршневого компрессора.
На рисунке 18, а схематично изображен поршневой одноступенчатый компрессор. Сжатие воздуха осуществляется за счет механической энергии двигателя, приводящего компрессор в действие следующим образом. Внутри цилиндра 3 возвратно-поступательно перемещается поршень 5. в крышке цилиндра имеются впускной 4 и нагнетательный 2 клапаны.
При движении поршня вправо за счет разности давлений внутри цилиндра и снаружи открывается впускной клапан 4 и цилиндр заполняется воздухом. При обратном ходе поршня впускной клапан закрывается и воздух при закрытых клапанах сжимается до определенного давления. По достижении этого давления открывается нагнетательный клапан 2 и (при постоянном давлении) газ вытесняется поршнем в ресивер 1. Во время очередного хода все процессы повторяются.
При термодинамических исследованиях условно считают, что поршень перемещается без трения, а в своем крайнем левом положении подходит вплотную к крышке цилиндра, клапаны 4 и 2 открываются и закрываются мгновенно и не оказывают сопротивления газу. Такой компрессор называется идеальным. Диаграмма работы идеального поршневого компрессора приведена на рисунке 18, б.
Процесс всасывания воздуха, протекающий при постоянном давлении r1, изображен линией а-1, сжатия воздуха до давления r2 – линией 1-2, нагнетания – линией 2-в.
Процессы всасывания а-1 и нагнетания 2-в, протекающие без изменения параметров газа (изменяется только его масса), не являются термодинамическими.
При следующем ходе поршня слева направо нагнетательный клапан закрывается, давление в цилиндре r2 мгновенно падает до r1, открывается всасывающий клапан и рабочий процесс повторяется.
Сравнение индикаторной диаграммы и рабочего процесса реального поршневого компрессора и идеального компрессора показывает следующее. В реальном поршневом компрессоре (см. рис. 18, в) поршень в крайнем верхнем положении не доходит до крышки цилиндра и между ними остается объем V0, заполненный воздухом при давлении r2. Этот объем называется вредным пространством. Обычно объем V0 не превышает 10% рабочего объема Vh (то есть объема, описываемого поршнем в цилиндре между крайними положениями). Если в реальном компрессоре пренебречь влиянием всасывающего и нагнетательного клапанов и принять, что нагнетание газа в ресивер происходит при давлении r2, равном давлению в ресивере, а всасывание – при давлении r1, равном давлению окружающей среды, то идеальной диаграммой поршневого компрессора была бы диаграмма 1-2-3-4 (см. рис. 18, в), учитывающая (по сравнению с идеальным компрессором) наличие вредного пространства.
При ходе всасывания часть рабочего объема Vh заполняется расширяющимся воздухом вредного пространства и всасывание новой порции воздуха начнется только того, когда давление в цилиндре упадет до давления r1. Процесс расширения остаточного воздуха изображается линией cd, а всасывание новой порции начнется в точке 4. В этом случае в цилиндр поступит объем воздуха, равный разности объемов в точке 1 и в точке 4, то есть V1 – V4. Отношение объема воздуха, поступающего в цилиндр (V1 – V4), к рабочему объему цилиндра (Vh = V1 – V0) называется объемным КПд компрессора, то есть:
ek = (V1 – V4) / (V1 – V0). (111)
Объемный КПД компрессора уменьшается с увеличением объема вредного пространства V0 и при повышении давления сжатия r2, поскольку в этом случае точка 4 (рис. 18, в) будет приближаться к точке 1, то есть возрастет V4. С уменьшением ek уменьшается и производительность (подача) компрессора. Кроме того, при высоких давлениях нагнетания r2 возрастает температура сжимаемого газа, понизить которую трудно даже при интенсивном охлаждении. Повышение температуры может вызвать вспышку масла и привести к аварии. В связи с этим одноступенчатые поршневые компрессоры обычно применяют для сжатия газа до давления 0,6…1,0 МПа.
Последняя формула показывает, что на величину объемного КПД существенно влияет объем вредного пространства V0: чем меньше V0, тем выше ek. Поэтому при конструировании компрессора стремятся уменьшить V0. В идеальном компрессоре этот объем принимается (как указывалось выше) равным нулю. Диаграмма работы идеального компрессора в координатах P, V показана на рисунке 18, б. На этой диаграмме процессы 1-2, 1-2¢, 1-2² характеризуют соответственно изотермическое сжатие воздуха (с интенсивным охлаждением стенок цилиндра компрессора охлаждающей жидкостью), адиабатное (без охлаждения стенок цилиндра) и политропное. Показатель политропы сжатия (линия 1-2²) находится в пределах k > n > 1.
Определим удельную работу, затрачиваемую на сжатие воздуха в идеальном компрессоре. Графически (рис. 18, б) эта работа изображается площадью 0-V1-2-b-0 и является алгебраической суммой площадей: пл. (0-V1-2-b-0) = пл. (a-c-2-b-a) + пл. (1-2- V2-V1-1) – пл. (0-V1-1-a-0).
Если обозначить удельную работу, затрачиваемую в компрессоре на получение 1 кг сжатого воздуха – ℓk, удельную работу всасывания (считается отрицательной) – ℓ1, удельную работу нагнетания – ℓ2, а работу сжатия – ℓсж, то получим:
ℓk = ℓсж + ℓ2 – ℓ1,
где ℓсж = p1J1 ln p2/p1 – при изотермическом сжатии;
По аналогии с последней формулой можно записать выражение для подсчета ℓk в случае политропного сжатия:
ℓk = n/n – 1 (p2J2 – p1/J1). (114)
Сравнение процессов сжатия (см. рис. 18, б) показывает, что за счет интенсивности охлаждения стенок цилиндра компрессора можно уменьшать работу, затрачиваемую на сжатие газа в компрессоре. Из анализа формул и rV-диаграммы видно, что работа, затрачиваемая на привод компрессора при изотермическом сжатии, является минимальной, то есть процесс сжатия в этом случае наивыгоднейший.
Для получения сжатого воздуха высокого давления применяют многоступенчатые компрессоры, представляющие собой систему последовательно соединенных одноступенчатых компрессоров, между которыми установлены холодильники.
Воздух последовательно проходит через ступени компрессора, и в каждой из них повышается давление на определенную величину. После каждого сжатия воздух поступает в промежуточные холодильники, где при постоянном давлении охлаждается до начальной температуры. Таким способом удается уменьшить влияние вредного пространства на производительность, а также снизить затраты работы на привод компрессора.
На рисунке 19, а, б изображены принципиальная схема, rV- и Ts-диаграммы процесса сжатия воздуха в двухступенчатом поршневом компрессоре (идеальном). Линия 1-2 и 3-4 – адиабатное сжатие воздуха в ступенях компрессора, а линии 2-3 и 4-5 – охлаждение в промежуточных холодильниках при r = const.
Из рисунка 19 видно, что при переходе от одноступенчатого сжатия к двухступенчатому с применением промежуточного охлаждения в том же диапазоне изменения давления работа, затрачиваемая на сжатие в двухступенчатом компрессоре, меньше на величину, эквивалентную заштрихованной площади 3-4-6-2-3.
1 – цилиндр первой ступени сжатия; 2 – теплообменник; 3 – цилиндр второй ступени сжатия.
Контрольные вопросы и задания. 1. Какой цикл ДВС называется идеальным? 2. дайте определение степени сжатия. 3. Чем ограничивается степень сжатия у различных типов поршневых ДВС? 4. Какое устройство называется компрессором? 5. Какой процесс сжатия воздуха в компрессоре является наивыгоднейшим? 6. Как определяется работа на привод компрессора? 7. Почему применяют многоступенчатые компрессоры? 8. Назовите особенности теоретической индикаторной диаграммы многоступенчатого компрессора.
КОНСПЕКТЫ ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ... ТЕПЛОТЕХНИКА ЛЕКЦИЯ...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
ПОРШНЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
ТЕРМОДИНАМИКИ И ЕЕ ЗАДАЧИ
Процессы обмена энергией имеют место в любых явлениях окружающего мира. Поэтому термодинамика как наука о взаимном превращении теплоты и работы дает методы изучения энергетических я
СОСТОЯНИЯ РАБОЧЕГО ТЕЛА
Термодинамическая система представляет собой совокупность материальных тел, находящихся в механическом и тепловом взаимодействии друг с другом и с окружающими телами. Термоди
И РЕАЛЬНЫХ ГАЗОВ
Реальные газы при низких давлениях близки к идеальным, так как в этом случае можно пренебречь силами межмолекулярного взаимодействия и объемом молекул. Это относится, в частности, к кислороду, возд
ГАЗОВЫЕ СМЕСИ
В практике в качестве рабочего тела используют, как правило, не какой-либо однородный газ, а газовую смесь: воздух, продукты сгорания различных видов топлива, природные газы и т. п.
ИСТИННАЯ И СРЕДНЯЯ ТЕПЛОЕМКОСТИ
Теплоемкости могут быть массовые, объемные, молярные. Теплоемкость 1 кг газа называется массовой: она обозначается буквой с и измеряется в Дж/(кг . К).
Те
ТЕПЛОЕМКОСТИ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА
Как указывалось выше, температура газа при одном и том же количестве сообщаемой теплоты q изменяется по-разному в зависимости от характера термодинамического процесса. Это означает,
ТЕПЛОЕМКОСТЬ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ
Теплоемкость газовой смеси, как и отдельных газов, может быть отнесена к 1 кг, 1 м3 или 1 кмолю.
Если смесь задана массовыми долями, то ее массовую теплоемкость
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС
В результате воздействия на рабочее тело (газ, пар) внешней среды, например сжатия, расширения, нагрева и т. д. происходит изменение параметров его состояния.
Всякое измене
И ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ
Работа совершается только при изменении объема газа. Если происходит расширение газа, то работа совершается против внешних сил; при сжатии, наоборот, газ воспринимает работу
ТЕПЛОТА
Теплота является формой движения мельчайших частиц тела. Передача теплоты от одного тела к другому осуществляется либо путем непосредственного контакта между ними (теплопроводность,
ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ
Первый закон термодинамики представляет собой частный случай всеобщего закона сохранения и превращения энергии применительно к тепловым процессам.
Формулировка первого зако
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ГАЗАХ
Всякое изменение состояния рабочего тела (газа) в общем случае характеризуется изменением его основных параметров: r, J, T. Состояние газа изменяется двумя путями: сообщением ему те
ЭНТРОПИЯ ГАЗОВ
При исследовании все процессы рассматриваются как равновесные и обратимые.
Прежде чем рассматривать порядок исследования термодинамических процессов, введем пятый параметр
ИЗОХОРНЫЙ ПРОЦЕСС
Процесс, протекающий при постоянном удельном объеме, называется изохорным. Изохорный процесс применяется, в частности, при расчетах теоретических циклов карбюраторных двигате
ИЗОБАРНЫЙ ПРОЦЕСС
Процесс, протекающий при постоянном давлении, называется изобарным. Такой термодинамический процесс может протекать в цилиндре, поршень которого перемещается без трения, так
ЭНТАЛЬПИЯ ГАЗА
В процессах, связанных с расчетом котельных установок, паровых турбин, а также с сушкой и охлаждением сельскохозяйственной продукции, используют параметр состояния рабочего тела (га
ИЗОТЕРМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС
Процесс, протекающий при постоянной температуре рабочего тела, называется изотермическим. Он возможен, например, в цилиндре поршневой машины, если по мере подвода теплоты q к рабоче
АДИАБАТНЫЙ ПРОЦЕСС
Адиабатным называется процесс, который осуществляется без теплообмена между газом и внешней средой (q = 0). Практическое использование этот процесс находит в соплах паровых т
ПОЛИТРОПНЫЙ ПРОЦЕСС
Во всех реальных тепловых машинах (двигателях внутреннего сгорания – ДВС, компрессорах, газотурбинных установках и т. д.) процессы сжатия рабочего тела (газа), горения топлива, расш
КРУГОВЫЕ ПРОЦЕССЫ
Замкнутый процесс, в результате которого газ, пройдя ряд различных состояний, возвращается в исходное, называется круговым процессом (циклом).
Поясним данное определ
ПРЯМОЙ ОБРАТИМЫЙ ЦИКЛ КАРНО
В 1824 г. С. Карно предложил цикл, которому было присвоено его имя. Прямой обратимый (то есть состоящий только из равновесных, обратимых процессов) цикл Карно является идеальным цик
ОБРАТНЫЙ ОБРАТИМЫЙ ЦИКЛ КАРНО
Этот цикл является идеальным циклом холодильных машин. Изображение обратного цикла Карно приведено на рисунке 10. Цикл состоит из тех же процессов, что и прямой цикл, но состояние р
ВТОРОГО ЗАКОНА ТЕРМОДИНАМИКИ
Первый закон термодинамики устанавливает эквивалентность теплоты и работы как двух форм передачи энергии. Однако этот закон ничего не говорит об условиях преобразования теплоты и ра
КОМПРЕССОРОВ
Двигателями внутреннего сгорания (ДВС) называются тепловые поршневые машины, в которых в качестве рабочего тела используются продукты сгорания жидких или газообразных топлив, сжигае
ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Для анализа работы ДВС и определения основных показателей (индикаторная мощность, механический КПД) на работающем цилиндре записывают с помощью индикатора индикаторную диаграмму, пр
ЦИКЛЫ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК
Газотурбинные установки (ГТУ) по сравнению с ДВС имеют существенное преимущество – отсутствие в ГТУ механизмов с возвратно-поступательным движением позволяет строить их быстроходным
ВОДЯНОЙ ПАР
Водяной пар в качестве рабочего тела находит широкое применение в паровых турбинах, являющихся основными тепловыми двигателями на тепловых и атомных электростанциях.
В каче
RV- И Ts-ДИАГРАММЫ ВОДЯНОГО ПАРА
Парообразование может осуществляться путем испарения или кипения.
Испарением называется парообразование, происходящее только с поверхности жидкости. Этот процесс про
Hs-ДИАГРАММА ВОДЯНОГО ПАРА
В инженерной практике термодинамические процессы с водяным паром рассчитывают с помощью hs-диаграммы. Эта диаграмма в СССР построена до давления 100,0 МПа и до температуры 1000
ПАРАМЕТРЫ ВОДЫ И ВОДЯНОГО ПАРА
При исследованиях принято считать, что при 0 0С и любом давлении энтальпия h0, внутренняя энергия u0, энтропия s0 воды равны нулю. В изоб
ЦИКЛ КАРНО ДЛЯ ВОДЯНОГО ПАРА
Наиболее совершенным идеальным циклом паросиловой установки является прямой обратимый цикл Карно, термический КПД которого, как отмечалось выше, максимальный в заданном интервале температур и не за
ЦИКЛ РЕНКИНА
Основным идеальным циклом паросиловых установок является цикл Ренкина. На рисунке 24 приведена принципиальная схема паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина, а на рисунке 25 – rJ- и Ts-ди
ЦИКЛА РЕНКИНА
Исследование выражения для термического КПД цикла Ренкина при различных начальных (на входе в паровую турбину) и конечных (на входе в конденсатор) параметрах пара позволяет сделать вывод – начально
ВЛАЖНЫЙ ВОЗДУХ
В качестве рабочего тела атмосферный воздух применяется при сушке, нагреве, охлаждении различных материалов, в установках кондиционирования и т. д.
В атмосферном воздухе со
ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА
Согласно закону Дальтона, давление смеси газов равно сумме парциальных давлений ее компонентов:
pнл.в. = pс.в. + pв.п., (128)
&nbs
Hd-ДИАГРАММА ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА
Данная диаграмма позволяет наиболее просто и быстро определять параметры влажного воздуха.
В Hd-диаграмме (рис. 27, а) по оси абсцисс откладывается влагосодержание d (г/кг сухого воздуха),
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Одно из основных понятий теплопроводности – температурное поле. Температура – один из основных параметров, характеризующих тепловое состояние рабочего тела или среды. Совокуп
ЗАКОН ФУРЬЕ
Закон Фурье устанавливает количественную взаимосвязь между температурным полем и интенсивностью распространения теплоты в нем посредством теплопроводности. Согласно закону Фурье, ве
ПРИ СТАЦИОНАРНОМ РЕЖИМЕ
Теплопроводность однослойной плоской стенки. Схема распространения теплоты для этого случая приведена на рисунке 30. Пусть теплота распространяется в стенке, ограниченной пар
КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА
В практике наиболее часто приходится рассчитывать конвективный теплообмен между жидкостью (газом) и поверхностью твердого тела или канала (трубы), по которому она протекает. Если пр
ПРИ КИПЕНИИ ЖИДКОСТИ
Теплоотдача при кипении жидкости сопровождается изменением агрегатного состояния рабочего тела. Это явление имеет специфические особенности и большое практическое значение для энерг
И ЗАКОНЫ ИЗЛУЧЕНИЯ
Теплообмен излучением – процесс переноса теплоты в виде электромагнитных волн (фотонов). Этот вид теплообмена осуществляется в три этапа: внутренняя энергия тела в начале пре
ТЕПЛООБМЕНА ИЗЛУЧЕНИЕМ
Знание законов излучения позволяет получить расчетные формулы для лучистого теплообмена между телами. В частности, формулой (155) пользуются при определении излучательной способност
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА. СНОВЫ РАСЧЕТА ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ
Разделение процесса переноса теплоты на теплопроводность, конвективный теплообмен и теплообмен излучением удобно для его изучения. В действительности встречается сложный теплообмен,
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА ЧЕРЕЗ ПЛОСКУЮ СТЕНКУ
Пусть однослойная плоская стенка (рис. 37) толщиной d из материала, коэффициент теплопроводности которого l, омывается с одной стороны горячей жидкостью с температурой tж1
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА ЧЕРЕЗ ЦИЛИНДРИЧЕСКУЮ СТЕНКУ
В практике наиболее распространенным элементом теплообменных устройств является труба. Схема процесса теплопередачи через цилиндрическую стенку (трубу) представлена на рисунке 38.
ТЕПЛОВАЯ ИЗОЛЯЦИЯ
При решении практических задач теплопередачи требуется либо повысить интенсивность переноса теплоты от греющей среды к нагреваемой, либо, наоборот, затормозить этот процесс. Интенси
ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ
Теплообменными аппаратами (теплообменниками) называются устройства, предназначенные для передачи теплоты от греющего теплоносителя (с более высокой температурой) к нагреваемому тепл
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ТОПЛИВО
Энергетическим топливом называют такие горючие вещества, которые экономически целесообразны при сжигании в технических устройствах для получения теплоты.
В качестве топлива
ПОНЯТИЕ УСЛОВНОГО ТОПЛИВА
Теплота сгорания топлива показывает, какое количество теплоты (в килоджоулях) выделяется при полном сгорании твердого, жидкого или газообразного топлива при нормальных условиях.
ОСНОВНЫХ КОМПОНЕНТОВ ТОПЛИВА
Главная составляющая горючей части топлива – углерод. Теплота сгорания углерода – 33 650 кДж/кг. Содержание углерода по горючей массе топлива составляет: в антраците – 87…93%
ВИДОВ ТОПЛИВА
Древесина. Использование древесины в качестве топлива ограничено. Теплота сгорания дров в значительной степени определяется влажностью. Чем больше влажность дров, тем меньше
СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА
В зависимости от скорости горения различают нормальное горение и взрывное. Скоростью горения называется скорость распространения пламени. При нормальном горении скорость распростран
ДЛЯ ПОЛНОГО СГОРАНИЯ ТОПЛИВА
Если состав топлива известен, то количество воздуха, необходимого для полного сгорания любого из его компонентов, можно определить из выражения С + О2 = СО2. Э
ОБЪЕМ И СОСТАВ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ
Для правильного расчета и выбора теплотехнических агрегатов необходимо знать количество образующихся продуктов сгорания. Как правило, количество продуктов сгорания относят к 1 кг тв
УКАЗАТЕЛЬ ЛИТЕРАТУРЫ
Алексеев Г. Н. Общая теплотехника.– М.: Высшая школа, 1980. Андрющенко А. И. Основы термодинамики циклов теплоэнергетических установок.– М., Высшая школа. Ар
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Новости и инфо для студентов