СЖАТИЕ И ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ГАЗОВ Принцип действия и классификация машин для сжатия и перемещения газов. Степень сжатия. Индикаторная диаграмма. Объемный к.п.д. и производительность. Многоступенчатое сжатие.

Компрессоры Это машины для сжатия и транспортирования газов при давлениях отличных от атмосферного (от 0,001Па до Па ) Степень сжатия с – это отношение конечного давления, создаваемого компрессором, к начальному.

Принцип действия и классификация машин для сжатия и перемещения газов Для перемещения газов и паров и их сжатия используют компрессорные машины. Компрессорные машины подразделяются по принципу действия и степени сжатия.

Классификация по степени сжатия Степень сжатия – отношение конечного давления газа Р2, создаваемого компрессорной машиной, к начальному давлению Р1. Вентиляторы - низкого давления до 0,01МПа ); Газодувки - ( среднего давления 0,01-0,3 МПа); Компрессоры - (высокого давления от 0,3 МПа); Вакуумные насосы – разряжение от 0,05 МПа)

Сжатие и разрежение газов

Условия сжатия Сжатие и разрежение газов сопровождается изменением давления и температуры В зависимости от условий сжатия различают: адиабатическое сжатие - процесс при котором тепло, выделяющиеся при сжатии, полностью остается внутри газа, повышая его температуру. Потери тепла в окружающую среду отсутствуют Q=const изотермическое сжатие – это процесс при котором тепло, выделяющееся при сжатии полностью отводится наружу, T=const политропическое сжатие – реальный процесс сжатия газа, при котором одновременно с изменением объема и давления происходит изменение температуры и отвод тепла наружу.

Виды сжатия Политропическое – изменяется объем, давление сжимаемого газа, увеличивается температура и часть выделяемого тепла отводится в окружающую среду. Изотермическое (теоретическое) – все тепло, выделяющееся при сжатии, отводится. Адиабатичесное – температура газа увеличивается, все выделяющееся тепло идет на увеличение внутренней энергии.

1. Механическая работа, затрачиваемая на сжатие газа, рассчитывается в зависимости от процесса: Изотермический процесс Адиабатический процесс k – показатель адиабаты Определение повышения температуры при адиабатическом сжатии

1. Механическая работа, затрачиваемая на сжатие газа, рассчитывается в зависимости от процесса: Политропный процесс n – показатель политропы 1,15 -1,8 для воздуха n ~1,25

Классификация по принципу действия Компрессоры объемного (статического) сжатия; Компрессоры динамического сжатия.

Компрессоры объемного сжатия Поршневые компрессоры: Простого действия – за один двойной ход поршня происходит одно всасывание и одно нагнетание; Двойного действия – за один двойной ход поршня происходит два всасывания и два нагнетания

Поршневые компрессоры

Ступень сжатия Ступень сжатия – часть компрессорной машины, в которой газ сжимается до конечного или промежуточного давления. По числу ступеней – одноступенчатые и многоступенчатые; Одноступенчатые – газ сжимается до конечного давления в одном или нескольких цилиндрах, работающих параллельно Горизонтальные и вертикальные.

Основные характеристики работы компрессоров Относительный объем мертвого пространства- отношение объема мп к объему, описываемому поршнем (0,025- 0,06): Объемный коэффициент компрессора, зависит от и показателя политропы:

Основные характеристики работы компрессоров Подача (производительность): теоретическая – действительная-

Коэффициент подачи Коэффициент подачи ( )– отношение объема газа, подаваемого в нагнетательный трубопровод, приведенного к условиям всасывания, к объему, описываемому поршнем. Коэффициент подачи учитывает все потери производительности компрессора, как отраженные, так и не отраженные на индикаторной диаграмме.

Потери Связанные с уменьшением полезного объема, за счет расширения газа мертвого пространства ( ); Потери производительности за счет неплотностей в кольцах, клапанах, сальниках и т.д.- коэфффициент герметичности ( ); Потери производительности за счет расширения газа при контакте с горячими стенками цилиндра ( )

Поршневой компрессор двойного действия

Поршневые компрессоры а – одноцилиндровый простого действия б – одноцилиндровый двойного действия 1 – цилиндр, 2 – поршень, 3 – всасывающий клапан, 4 – нагнетательный клапан, 5 – шатун, 6 – кривошип, 7 – маховик, 8 -крейцкопф

Поршневые компрессоры в – двухцилиндровый простого действия 1 – цилиндр, 2 – поршень, 3 – всасывающий клапан, 4 – нагнетательный клапан, 5 – шатун, 6 – кривошип, 7 – маховик, 8 -крейцкопф

Производительность поршневого компрессора Q λ v – коэффициент подачи, безразмерная величина Z – число всасываний за один ход поршня F – площадь сечения поршня S – ход поршня n– число оборотов вала компрессора в 1 секунду λ v – отношение объема газа, подаваемого компрессором (приведенного к условиям всасывания), к объему, описываемому поршнем. Учитывает все виды потерь производительности λ 0 - объемный к.п.д. компрессора ε - отношение объема вредного (мертвого) пространства цилиндра к объему, описываемому поршнем

Критическая температура и давление газов

Индикаторная диаграмма

Индикаторная диаграмма поршневого компрессора Снимается при испытании компрессора, представляет собой зависимость между давлением р и объемом V газа, всасываемым и нагнетаемым компрессором за один оборот коленчатого вала а – теоретическая б - рабочая

Ступень сжатия Степень сжатия в каждой ступени 2,5-3,5; С увеличением числа ступеней сжатия затраты снижаются, но более 5-6 ступеней приводит к удорожанию стоимости компрессоров и их эксплуатации.

Многоступенчатое сжатие Процесс сжатия происходит почти мгновенно, почти адиабатно, и одноступенчатое сжатие приводит к увеличению температуры: Использование многоступенчатого сжатия – процесс почти изотермический. Теоретическая работа сжатия минимальна, если степени сжатия во всех ступенях равны

Индикаторная диаграмма многоступенчатого сжатия

Многоступенчатые компрессоры а – Тандем – цилиндры расположены по одной оси

Многоступенчатые компрессоры б – Компаунд – цилиндры расположены параллельно б – Компаунд – цилиндры расположены параллельно

Четырехступенчатое сжатие

Двухступенчатый поршневой компрессор

Конструкции компрессоров

Одноступенчатый турбокомпрессор

Газодувка

Ратоционно-секционный компрессор

Роторные компрессоры Роторный компрессор пластинчатого (шиберного) типа Роторный водокольцевой (мокрый) компрессор

Компрессор с двухлопастными роторами (газодувка) Роторные компрессоры применяют при средних производительностях (до 5000 – 6000 м3/час) и избыточном давлении до 1 МПа. Принцип действия машин этого типа в том, что при вращении одного или двух тел определенной формы периодически образуется замкнутое пространство, куда засасывается некоторый объем газа низкого давления, сжимается и выталкивается в нагнетательный трубопровод. Недостатки: сложность изготовления и обслуживания высокий уровень шума быстрый износ пластин ротора

Центробежные компрессоры По принципу действия аналогичны центробежным насосам К ним относятся: вентиляторы (низкого, среднего, высокого давления) турбогазодувки турбокомпрессоры Вентиляторы низкого давления, Р

Турбогазодувки, турбокомпрессоры Одноступенчатые турбогазодувки – разновидность вентиляторов высокого давления, сжимают газ до Па. В многоступенчатых на валу устанавливают 3-4 колеса с лопатками, газ между ступенями не охлаждается, диаметры колес постоянны, но ширина их уменьшается от первого к последнему. Степень сжатия 3 - 3,5. Турбокомпрессоры аналогичны турбогазодувкам, но создают более высокие степени сжатия. Колеса имеют разный диаметр. Диаметр и ширина колеса уменьшаются от первого к последнему. Газ между корпусами охлаждают. Давление нагнетания 2,5 – 3,0 МПа. Применяют при Q=3000 – 6000 m3/час и P=1 – 1,2 МПа (< 3 МПа) 1 – корпус 2 – рабочее колесо 3 – направляющий аппарат 4 – всасывающий патрубок 5 – нагнетательный патрубок

Осевые компрессоры и вентиляторы Осевой (пропеллерный) вентилятор 1 – корпус 2 – рабочее колесо Осевой компрессор 1 – корпус (статор) 2 – ротор с лопатками 3,4 – неподвижные лопатки статора К.п.д. осевых вентиляторов выше, чем центробежных, а напор в 3-4 раза ниже. Осевые компрессоры компактны, имеют высокий к.п.д., обеспечивают высокую производительность более – м3/час, но давление < 0,5 - 0,6 МПа