- •1 Параметры состояния рабочего тела
- •Примеры
- •2 Законы и уравнения состояния идеальных газов
- •Примеры
- •3 Газовые смеси
- •Примеры
- •4 Теплоемкость газов
- •Примеры
- •5 Первый закон термодинамики
- •Примеры
- •6 Процессы изменения состояния идеальных газов
- •Примеры
- •7 Второй закон термодинамики
- •Примеры
- •8 Водяной пар
- •Примеры
- •9 Истечение и дросселирование газов и паров
- •Примеры
- •10 Циклы двигателей внутреннего сгорания
- •Примеры
- •11 Циклы паросиловых установок
- •Примеры
- •12 Циклы холодильных установок
- •Примеры
- •13 Компрессоры
- •Примеры
- •14 Влажный воздух
- •Примеры
13 Компрессоры
Компрессором называют машину, предназначенную для сжатия различных газов. В зависимости от конструкции и принципа работы компрессоры делятся на две группы: поршневые и турбинные (центробежные). Устройство поршневого компрессора показано на рис. 29. Компрессор состоит из цилиндра 1, поршня 2, связанного кривошипно-шатунным механизмом с источником механической работы. В крышке цилиндра помещаются два клапана: всасывающий 3 и нагнетательный 4, открывающиеся автоматически под действием изменения давления в цилиндре.
Рис. 29
Процессы, протекающие в идеальном компрессоре представлены на р-v диаграмме (рис. 30 а). Линия 4-1 изображает процесс всасывания газа, кривая 1-2 процесс сжатия, линия 2-3 процесс нагнетания. Диаграмма 1-2-3-4 называется теоретической индикаторной диаграммой. Теоретическая работа компрессора l0 определяется площадью индикаторной диаграммы и зависит от процесса сжатия (рис. 30 б). Кривая 1-2 изображает процесс изотермического сжатия, кривая 1-2/ - политропного сжатия, кривая 1-2// - процесс адиабатного сжатия.
При изотермическом сжатии теоретическая работа компрессора равна работе изотермического сжатия
. (13.1)
Рис. 30
Работа, отнесенная к 1 м3 всасываемого воздуха
. (13.2)
Работа для получения 1 м3 сжатого воздуха
. (13.3)
Количество теплоты, которое должно быть отведено при изотермическом сжатии
q = l0. (13.4)
При адиабатном сжатии теоретическая работа компрессора в k раз больше работы адиабатного сжатия (формула (6.23))
, (13.5)
где i1 и i2 – соответственно начальное и конечное значение энтальпии воздуха.
Работа, отнесенная к 1 м3 всасываемого воздуха
. (13.6)
Работа для получения 1 м3 сжатого воздуха
. (13.7)
Температуру газа в конце сжатия можно определить из соотношения параметров адиабатного процесса.
При политропном сжатии теоретическая работа компрессора в n раз больше работы политропного сжатия (формула (6.32))
. (13.8)
где i1 и i2 – соответственно начальное и конечное значение энтальпии воздуха.
Работа, отнесенная к 1 м3 всасываемого воздуха
. (13.9)
Работа для получения 1 м3 сжатого воздуха
. (13.10)
Количество теплоты, которое должно быть отведено при политропном сжатии находят по формуле 6.37. Теоретическая мощность, потребляемая двигателем компрессора для сжатия m кг/ч газа
, кВт. (13.11)
Однако в действительном компрессоре имеется наличие вредного пространства, поэтому при построении действительной индикаторной диаграммы (рис. 31)вводится добавочный процесс – линия 3-4 процесс расширения сжатого газа, оставшегося к концу нагнетания во вредном пространстве. Отношение объема вредного пространства к объему, описываемому поршнем, называют относительной величиной вредного пространства
l = Vc/Vh. (13.12)
Рис. 31
Величину, характеризующую степень полноты использования рабочего объема цилиндра, называют объемным к.п.д. компрессора
, (13.13)
где n – показатель политропы расширения газа, оставшегося во вредном пространстве.
Действительную работу реального компрессора определяют при помощи изотермического или адиабатного к.п.д. и механического к.п.д.
, (13.14)
где lиз и lад – соответственно теоретическая работа при изотермическом и адиабатном сжатии;
lк – действительная работа компрессора.
Эффективный к.п.д. компрессора
к = из·м или к = ад·м. (13.15)
Действительная мощность, потребляемая двигателем компрессора для сжатия m кг/ч газа
, кВт, (13.16)
Наиболее выгодным оказывается многоступенчатое сжатие в случае, если отношение давлений в каждой ступени принимается равным для всех ступеней (рис. 32)
. (13.17)
Рис. 32
Тогда
, (13.18)
где х – отношение давлений в каждой ступени;
m – число ступеней компрессора;
рк – давление воздуха, выходящего из последней ступени;
р1 – давление воздуха, поступающего в первую ступень.
Процеcc сжатия в многоступенчатых компрессорах осуществляется последовательно во всех цилиндрах с охлаждением после сжатия в каждом цилиндре. Обычно при этом стремятся к тому, чтобы газ после холодильника имел ту же температуру, с которой он поступил в предыдущую ступень.
Распределение давлений приводит к тому, что температуры на выходе из каждой ступени равны между собой
t2 = t4 = t6 = … =tк. (13.19)