8664

30

Условное обозначение поршневого компрессора характеризует его основные параметры. Например, 2ВМ10-50/8 расшифровывается следующим образом: двухрядный (2) , типа ВМ (крейцкопфный с горизонтальным оппозитным расположением цилиндров), с поршневым усилием 9,8 кН (10 тс), числитель дроби – производительность 50 м3/мин, знаменатель – абсолютное конечное давление 0,8 МПа (8 кгс/см2). Компрессоры данного типа выпускаются с водяным охлаждением, но возможно также и применение воздушного охлаждения.

Рассмотрим обозначение компрессора другого типа; 302ВП-10/8 означает, что это компрессор третьей модификации (3) со смазыванием цилиндров и сальников (0), с поршневым усилием базы 19,6 кН (20 тс), тип ВП – крейцкопфный с прямоугольным расположением цилиндров. Цифры в виде дроби так же, как и у компрессора типа ВМ, означают: числитель – производительность компрессора 10 м3/мин, знаменатель – конечное избыточное давление сжатия 8 МПа.

Схема воздухоснабжения цехов завода изображена на рис. 5.

Рис. 5. Принципиальная схема системы воздухоснабжения пневмоприемников

31

Технологическая схема представлена на рис. 6. Получение сжатого воздуха происходит в такой последовательности. При запуске компрессора атмосферный воздух входит в воздухозаборник (ВЗ) и по воздухопроводу попадает в фильтр (Ф), где очищается от механических примесей и ка-

пельной влаги. По всасывающему трубопроводу воздух поступает в пер-

вую ступень компрессора, из которой по промежуточному трубопроводу нагнетается в межтрубное пространство промежуточного охладителя (ПО).

Из промежуточного охладителя воздух всасывается второй ступенью ком-

прессора, из которого по нагнетательному трубопроводу осушки (ОС) и

поступает в воздухосборник-ресивер (Р) (он обеспечивает необходимую потребность потребителя в воздухе, а также сглаживает пульсации возду-

ха). Из ресивера воздух по магистральному трубопроводу подается в пнев-

мосеть предприятия. Из ресивера также осуществляется слив масла, ос-

тавшегося в воздухе после прохождения системы ВМО и ОС. Конденсат из концевого охладителя, масловодоотделителя и воздухосборника сливается через продувочный бак (не показан на рисунке).

Рис. 6. Технологическая схема компрессорной установки 2ВМ10-50/8

32

Пусковой разгрузочный вентиль (РВ) и запорная задвижка (З) пред-

назначены для облегчения запуска поршневого компрессора. При пуске компрессора разгрузочный вентиль (находится на разгрузочной линии) от-

крыт, а задвижка закрыта, при этом электродвигатель (не изображен на схеме) развивает обороты без нагрузки. Как только число оборотов элек-

тродвигателя достигает номинальной величины, задвижку постепенно от-

крывают, одновременно закрывая РВ. Данная схема содержит масляную линию (смазка цилиндра, подшипников, коленвала). Отработанное масло через теплообменник (Т/О) сбрасывается в маслобак (МБ). Из маслобака при помощи масляного насоса масло подается в компрессор, тем самым замыкая масляную линию.

33

2 . ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

КОМПРЕССОРОВ

2.1. Расчет энергетических характеристик компрессоров

Сопоставление идеального и реального процессов сжатия возд у-

ха используется для оценки совершенства процессов в нагнетателях,

определения потерь и КПД. Для рассмотрения процессов обычно ис-

пользуются диаграммы состояния h-S, Т-S, а также эксергетическая диаграмма е-h. На рис. 7, а, представлен идеальный процесс 1–2 сжа-

тия газа в компрессоре на Т-S-диаграмме при отсутствии теплообмена с окружающей средой.

При отклонении процесса от идеального (за счет внутренних потерь)

конечное состояние газа определяется точкой при большем значении эн-

тропии. Это повышает величину работы в реальном процессе б по сравне-

нии с идеальным а.

Рис. 7. Диаграммы идеального и реального процесса сжатия воздуха в компрессоре

В конкретных технических ситуациях при сжатии газов для промышленных технологических процессов и установок требуется значительное повышение давления, что приводит к существенному

34

В реальном процессе работа L, Дж/кг, вычисляется по зависимости

и поскольку КПД компрессора меньше единицы, то в реальном процессе затрачивается бóльшая работа на сжатие, чем в идеальном.

Суммарная работа сжатия LΣ, Дж/кг, определяется сложением от-

дельных работ по секциям:

i 1

где LΣ – суммарная работа сжатия в компрессоре, Дж/кг; Li – работа сжа-

тия в i-й секции, Дж/кг; n – количество секций.

Суммарная мощность компрессора N, Вт, расчитывается по формуле

где ср – теплоемкость воздуха, кДж/(кг·К); ср.вод – теплоемкость воды,

i 1

где n – число теплообменников (количество секций компрессора не все-

гда равно числу аппаратов для охлаждения воздуха, поскольку в некото-

36

рых случаях не требуется охлаждение воздуха перед подачей его потре-

бителю, и в таком случае концевой охладитель будет отсутствовать).

2.2. Пример расчета идеального процесса сжатия компрессора

Рассчитаем энергетические характеристики компрессора К-500-61-1,

обеспечивающего воздухоразделительную установку сжатым воздухом при сжатии без потерь.

По табл. 1.2 определяем характеристики данного компрессора: про-

изводительность – 525 м3/мин; давление всасывания – 0,0981 МПа; давле-

ние нагнетания – 0,0882 МПа; потребляемая мощность – 3000 кВт; число ступеней по секциям – 2 + 2 + 2.

На Т-S-диаграмме (рис.7, а) показано изменение параметров рабоче-

го тела при сжатии в компрессоре с промежуточным охлаждением. Харак-

терные точки процесса представлены на указанном рисунке. Следует от-

метить, что давление в точке 1 равно давлению всасывания, то есть p1 = pвс, а давление в точке 7 – давлению нагнетания p7 = pн.

Суммарная степень сжатия компрессора составляет

Степень сжатия в каждой секции составляет

Промежуточные давления определяются из соотношений

p2 p4 p6 . p1 p3 p5

Поскольку охлаждение в теплообменниках происходит по изобаре p = const, то давления p2 = p3, p4 = p5; p6 = p7, тогда промежуточные давле-

ния процесса сжатия

p2 = p3 = εp1 = εpвс = 2,079·0,098 = 0,204 МПа;

37

p5 = p4 = εp3 = εpвс = 2,079·0,204 = 0,424 МПа; pн = p7 = εp5 = εp5 = 2,079·0,424 = 0,882 МПа;

Определим работу идеального сжатия в одной секции (в идеальном процессе работы в каждой секции одинаковые):

Суммарная работа компрессора

L 3 68505 205515 Дж/кг.

Плотность воздуха на всасывании компрессора

ρ= 0,0981 106 = 1,17 кг/м3. 287,14 293

Массовый расход воздуха

G = 52560 1,17 = 10,2 кг/с.

Суммарная мощность идеального компрессора составляет

Ns = 10,2·205515 = 2096876 Вт,

тогда разность между паспортной и полученной мощностями

N1 = N – Ns = 3000 – 2096,9 = 903,1 кВт.

2.3. Пример расчета реального процесса сжатия компрессора

Для сравнения рассчитываем энергетические характеристики реаль-

ного процесса сжатия в компрессоре. Разность температур в охладителях

ле происходит на величину, равную 25 °C, что позволяет охладить воздух до требуемой температуры перед входом в последующую секцию. Следует иметь в виду, что геометрические размеры теплообменников отличаются меж-

ду собой, поскольку параметры поступающего в них воздуха различны. Пред-

положим, что температура воды T , подаваемой в аппарат, равна 25 °C.

вод

38

Обычно величина Tохл лежит в пределах 10…15 °C и обуславлива-

ется особенностями и типом системы промежуточного охлаждения ком-

прессора. Тогда определим температуру охлажденного воздуха T3 = T5 =

T7 = T – Tохл = 25 + 15 = 40 °C = 313 К. Промежуточные давления ана-

вод

логичны рассчитанным в идеальном процессе, то есть pвс = p1= 0,098 МПа,

где cp – теплоемкость воздуха, по данным таблицы cp = 1,005 кДж/(кг·°К).

Теперь рассмотрим процесс сжатия как отношение давлений с учетом потерь давления при охлаждении воздуха:

39