Работа привода при политропном сжатии (охлаждаемый одноступенчатый компрессор)

12 3

КОМПРЕССОРЫ

Методическое пособие-

конспект лекций к дисциплинам

«Техническая термодинамика»

и «Теоретические основы теплотехники»

для студентов специальностей

270109.65 «Теплогазоснабжение и вентиляция»

и 140104.65 «Промышленная теплоэнергетика»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ИЖЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

В.Н. Диденко

Компрессоры

Методическое пособие - конспект лекций

к дисциплинам «Техническая термодинамика»

и «Теоретические основы теплотехники»

для студентов специальностей

270109.65 «Теплогазоснабжение и вентиляция»

и 140104.65 «Промышленная теплоэнергетика»

Ижевск

УДК 621.1

ББК 31.31

Компрессоры. Методическое пособие – конспект лекций к дисциплинам «Техническая термодинамика» и «Теоретические основы теплотехники», изучаемым студентами специальностей 270109.65 «Теплогазоснабжение и вентиляция» и 140104.65 «Промышленная теплоэнергетика».

Составитель: проф., д.т.н. Диденко Валерий Николаевич

В методическом пособии – конспекте лекций к соответствующим разделам курсов «Техническая термодинамика» и «Теоретические основы теплотехники» подробно рассматриваются свойства и термодинамические процессы водяного пара. Раздел «Компрессоры» является одним из наиболее сложных для изучения студентами. Материал раздела базируется на дисциплине «Термодинамика (спецкурс)», а сведения из химической термодинамики о фазовых переходах, необходимые для понимания материала, изложены автором в методическом пособии «Фазовые переходы» (Ижевск, 2003г.).

Автор выражает искреннюю благодарность студентам Мошкину С. А. и Митрофанову Н. Е. за помощь в оформлении методического пособия .

Рецензент: проф., д. т. н. Исаков В. Г.

©ГОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет»,2006г.

©Институт городского хозяйства ИжГТУ, 2006г.

©Диденко Валерий Николаевич, 2006г

СОДЕРЖАНИЕ

1. Одноступенчатый поршневой компрессор
2. Теоретическая индикаторная диаграмма одноступенчатого поршневого компрессора
3. РАБОТА ПРИВОДА КОМПРЕССОРА
4. Действительная индикаторная диаграмма одноступенчатого поршневого компрессора
5. Предельное отношение давлений для одноступенчатого поршневого компрессорА
6. Многоступенчатый поршневой компрессор
7. ПЛАСТИНЧАТЫЙ РОТАЦИОННЫЙ КОМПРЕССОР
8. РОТОРНО-ЛОПАСТНЫЙ КОМПРЕССОР
9. ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Компрессоры

По принципу действия подразделяются:

· Объемные: поршневые, ротационные;

· Лопаточные: центробежные, осевые (аксиальные).

Компрессоры низкого давления до 0,11 МПа – ВЕНТИЛЯТОРЫ.

1. Одноступенчатый поршневой компрессор

На рис.1.1. представлена принципиальная схема одноступенчатого поршневого компрессора

Рис.1.1. Принципиальная схема:

А – всасывающий клапан; B – нагнетающий клапан

При движении поршня вправо всасывающий клапан А открывается, а нагнетающий клапан В закрывается, при этом происходит всасывание газа в полость цилиндра компрессора.

При движении поршня влево клапан А закрывается, а В открывается при некотором заданном давлении, после чего происходит нагнетание газа через нагнетательный патрубок. Таким образом, одноступенчатый компрессор является двухтактной машиной: 1 такт – всасывание, 2 такт – нагнетание.

2. Теоретическая индикаторная диаграмма одноступенчатого поршневого компрессора

На рисунках представлены теоретические индикаторные диаграммы одноступенчатого поршневого компрессора в PV и TS координатах.

Рис.1.2. Теоретическая индикаторная диаграмма

Рис.1.3. Процесс сжатия в TS- диаграмме

Линия D-1 – всасывание газа в цилиндр компрессора. Всасывание заканчивается тогда, когда кривошип достигает нижней мертвой точки. Процесс всасывания D-1 не является термодинамическим процессом, т.к. масса газа в процессе всасывания переменна.

(1-2), (1-2’), (1-2”) – варианты сжатия газа в цилиндре, при движении поршня влево до момента открытия нагнетающего клапана. 1-2” – сжатие по адиабате (неохлаждаемый компрессор). 1-2’ – вариант изотермического сжатия, при котором вся выделенная теплота от сжатия полностью отводится от газа с помощью какой-либо системы охлаждения.

Этот вариант выгоден по двум причинам:

1. затрачивается наименьшая из возможных работ на привод компрессора;

2. сохраняется качество смазки.

Но добиться идеального охлаждения компрессора невозможно и поэтому в охлаждаемых компрессорах сжатие идет не по изотерме,

а по политропе 1-2 при этом показатель политропы n≈1,20…1,25 и n<k.

На рис.1.2: (2’-С), (2-С), (2”-С) – нагнетание сжатого до давления Р₂ газа в ресивер или непосредственно потребителю.

3. РАБОТА ПРИВОДА КОМПРЕССОРА

Если не учитывать потери на трение при движении поршня и сопротивление воздуха над поршнем при движении вправо, то теоретическая работа привода компрессора, отнесенная к 1кг газа из Рис.1.2 определяется как сумма работ:

А_о= пл(1-2-E-F) + пл(2-C-O-E) – пл(1-D-O-F)

пл(1-2-E-F) = A_сж

пл(2-C-O-E) = P₂V₂

пл(1-D-O-F) = P₁V₁

А_сж – работа, совершаемая приводом компрессора на этапе сжатия газа.

В термодинамике работа сжатия (работа над системой), определяемая общим уравнением является отрицательной

А_сж= -А_сист

Окончательно:

(3.1)

3.1. Работа привода при сжатии газа в одноступенчатом компрессоре по изотерме (идеально-охлаждаемый компрессор)

При T=const работа системы определяется по известной из общей термодинамики формулы:

Здесь:

RT=P₁V₁=P₂V₂

а) Работа привода на 1кг газа:

, [Дж /кг]

(3.2)

, [Дж /кг]

на практике важно знать работу привода для М (кг/час) газа.

Так как компрессор – машина периодического действия то удобнее работу компрессора определять для М [кг/час] газа или W₁ [м³/час] всасываемого газа или W₂ [кг/час] нагнетаемого газа.

Удельный объем всасываемого газа:

, где W₁ , [м³/ч] – объем всасываемого при Р₁ газа в час.