Тема: Изучение зависимости подачи компрессора от частоты вращения вала компрессора, количества ступеней

Цель: Ознакомление с экспериментальными методами изучения зависимости подачи компрессора от частоты вращения вала компрессора, количества ступеней

Задание

1. Экспериментально исследовать процессы, протекающие при сжатии воздуха в одноступенчатом поршневом компрессоре.

2. Провести расчёты по обработке результатов измерений.

3. Построить процессы в P- координатах.

Лабораторная установка

Лабораторная установка (рис.1) включает одноступенчатый поршневой воздушный компрессор 1, электродвигатель переменного тока 2 и необходимое вспомогательное и измерительное оборудование. Всасываемый воздух сжимается до давления, равного давлению воздуха в ресивере 6 (при этом давлении открывается шариковый клапан в нагнетающем канале 9), и начинается механический процесс выталкивания воздуха в ресивер.

Давление Р ₂ воздуха в ресивере замеряют манометром 4 и регулирует вентилем 7. Температуру сжатого воздуха Т ₂ измеряют термопарой с помощью милливольтметра 5. Перевод в градусы Цельсия осуществляется с помощью справочной таблицы термопары (приложение 1), с учетом комнатной температуры. Поступающий в компрессор воздух проходит через газовый счетчик 3. Замеряя время прохождения определенного объема воздуха, определяют секундный объемный расход воздуха G_. Параметры состояния на входе в компрессор принимают равными параметрам воздуха в лаборатории. Мощность электродвигателя замеряют с помощью ваттметра.

Рис.1. Схема лабораторной установки: 1 - компрессор; 2 - электродвигатель; 3 - газовый счетчик; 4 - манометр; 5 - милливольтметр; 6 - ресивер; 7 - вентиль; 8 - канал всасывающий; 9 - канал нагнетания

Теоретические основы

Рабочий цикл любого идеального одноступенчатого компрессора (рис.2), осуществляемый с 1 кг рабочего тела, можно представить состоящим из трех последовательных процессов.

Первый - обратимый (без трения и других диссипативных эффектов) механический процесс всасывания газа в компрессор. Для поршневого компрессора это соответствует ходу поршня от верхнего мертвого положения (ВМП) до нижнего (НМП) при открытом всасывающем клапане. Изменения термодинамических параметров газа при этом не происходит, но его количество увеличивается. В координатах P - он условно изображается штриховой линией а - 1. Силы давления Р ₁, действуя на поверхность поршня компрессора, при его перемещении от ВМП до НМП совершают работу. Работа газа при всасывании получается положительной. Ее величина определяется через элементарную работу газа в равновесных и обратимых процессах в соответствии с выражением

. (1)

Рис. 2. Рабочий процесс идеального одноступенчатого компрессора: а - 1 - всасывание; 1 - 2 - сжатие в компрессоре; 2 - b - нагнетание

Второй - обратимый термодинамический процесс 1 - 2 сжатия рабочего тела в компрессоре с показателем политропы n, определяемым при выполнении лабораторной работы. Поршень движется по направлению к ВМП, оба клапана закрыты, масса рабочего тела остается неизменной. Сжатие заканчивается при достижении в цилиндре давления Р ₂, равного давлению потребителя. Работа в этом процессе является отрицательной, так как совершается над газом за счет внешнего привода

< 0, (2)

где - степень повышения давления в компрессоре.

Показатель политропы сжатия n определяется выражением:

. (3)

Третий - обратимый механический процесс 2 - b нагнетания газа в ресивер компрессора. В этом процессе параметры газа остаются неизменными и равными P ₂, ₂, и T ₂ . Масса газа убывает от 1кг в состоянии 2 до 0 кг в состоянии b (при достижении поршня ВМП). Работа нагнетания получается отрицательной, так как направлена на преодоление сопротивления сил давления в ресивере компрессора

каждый компрессор или группа компрессоров включены в сеть. Сетью называется совокупность устройств (трубопроводов, аппа­ратов и др.), через которые проходит перекачиваемый газ. В общем случае часть сети расположена на входе в компрессор, а часть на выходе. Каждая часть сети характеризуется некоторой зависи­мостью между расходом газа и давлениями в начале и конце части сети. В большинстве случаев характеристика сети определяется линейными и местными сопротивлениями и может быть получена из приближенного уравнения:

где Р₁ и Р₂ — давления в начале и конце сети; А — коэффициент сопротивления сети, зависящий от ее размеров и конструкции; (ρ— относительная (по воздуху) плотность газа; R,T, Z — газо­вая постоянная, абсолютная температура и средний коэффициент сжимаемости перекачиваемого газа; V_o — расход газа в стандарт­ных условиях.

В нагнетательной части сети давление р₂ обычно задано и по­этому ее характеристика (рис. 1. а) выражается уравнением:

Для стороны всасывания параметром характеристики служит давление в начале сети Р₁ так что

Потребный режим работы сети (точка М) определяется расходом и соответствующим давлением. По условиям технологического процесса этот режим может от­личаться от номинального ре­жима компрессоров по разным причинам.

Часто рабочие условия при проектировании установки недо­статочно известны, вследствие чего после ее пуска возникает несоответствие номинальных технических показателей ма­шины и показателей рабочего режима; в другом случае при выборе не оказалось машины, удовлетворяющей поставленным требованиям. Такое рассогласова­ние может происходить также во время эксплуатации компрес­соров в связи с изменением концевого давления, температуры и состава газа или коэффициента сопротивления сети вследствие засорения труб или теплообменников, расстройств и нарушений в работе оборудования и т. п.

В некоторых случаях машины должны работать в нескольких совершенно различных режимах с переходом от одних к другим.

Может также существовать определенная закономерность не­прерывного изменения, потребных режимов, выражаемая ли­нией АВ на графике V_o — р_к. Частные задачи регулирования — регулирования на постоянное давление, на постоянный расход и на постоянную мощность двигателя. Постоянное давление на выходе компрессора поддерживается, например, при обслуживании пневматического хозяйства, каково бы ни было потребление воздуха из сети. Постоянный расход должен обеспечиваться при подаче газа или воздуха в количестве, доста­точном для потребителей, независимо от сопротивления при пере­качке. Например, определенное количество газа требуется для топок, для бытовых нужд, а сопротивление сети может изме­няться в зависимости от температуры и т. п. Задача регулирования на постоянную мощность возникает, когда компрессор работает при переменных давлениях на входе и выходе. Так, например, на компрессорной станции газового промысла необходимо обеспе­чить постоянство мощности газомоторного компрессора при всех изменениях давления газа, поступающего из эксплуатируемых скважин, а также давления в газопроводе.

Назначение регулирования — привести характеристику ком­прессора или группы компрессоров в соответствие с характери­стикой потребного режима сети при условии наиболее полного использования установленной мощности двигателей.

Содержание отчета о проделанной работе:

1. Указать цель работы, содержание работы.

2. Произвести запись измеренных величин и определенных величин.

4. Сделать необходимые вычисления.

5. Выводы.

Практическая работа №15