Компрессоры. Классификация и принцип работы

Компрессор ( от лат. compressio — сжатие) — устройство для сжатия и подачи газов под давлением (воздуха, паров хладагента и т. д.).

Компрессоры называются дожимающими, если давление всасываемого газа существенно превышает атмосферное. Производительность компрессоров обычно выражают в единицах объёма газа, приведённого к нормальным условиям. При этом различают производительность по входу и по выходу. Эти величины практически равны при маленькой разнице давлений между входом и выходом. При большой разнице у, скажем, поршневых компрессоров, выходная производительность может при тех же оборотах падать более чем в два раза по сравнению с входной производительностью, измеренной при нулевом перепаде давления между входом и выходом.

Классификация

Общепринятая классификация механических компрессоров по принципу действия. Под принципом действия понимают основную особенность процесса повышения давления, зависящую от конструкции компрессора. Объёмные компрессоры Это машины, в которых процесс сжатия происходит в рабочих камерах, изменяющих свой объём периодически, попеременно сообщающихся с входом и выходом компрессора. Объёмные машины по геометрической форме рабочих органов и способу изменения объёма рабочих камер можно разделить на поршневые, мембранные и роторные (винтовые, ротационно-пластинчатые, жидкостно-кольцевые, с катящимся ротором, газодувки Рутс (насос Рутса), спиральные) компрессоры.

Поршневые компрессоры Могут быть одностороннего или двухстороннего действия, крейцкопфные и бескрейцкопфные, смазываемые и без применения смазки (сухого трения или сухого сжатия), (при высоких давлениях сжатия применяются также плунжерные).

Роторные компрессоры К объёмным машинам с вращающим сжимающим элементом (роторным машинам) относятся: винтовые компрессоры, ротационно-пластинчатые, жидкостно-кольцевые и другие конструкции компрессорных машин.

Лопастные компрессоры Машины динамического действия, в которых сжатие газа происходит в результате взаимодействия потока с вращающейся и неподвижной решётками лопастей. Характерной особенностью лопастных машин является отсутствие пульсации развиваемого ими давления. К лопастным относятся осерадиальные, осевые и вихревые машины, лопастные компрессоры также называюттурбокомпрессорами.

Поршнево́й компре́ссор — тип компрессора, энергетическая машина для сжатия и подачи воздуха или жидкостей (масла, хладагента и др.) под давлением. Компрессоры данного типа широко применяются в машиностроении, текстильном производстве, в химической, холодильной промышленности и криогенной технике. Многообразны по конструктивному выполнению, схемам и компоновкам.

По числу ступеней сжатия компрессоры различаются одно-, двух- и многоступенчатые. Многоступенчатое сжатие вызывается необходимостью ограничить температуру сжимаемого газа. В воздушных компрессорах возникает опасность воспламенения и взрыва масляного нагара, накапливающегося в трубопроводах, на крышках компрессоров и поверхностях клапанов, поэтому температура нагнетаемого воздуха не должна превышать 453К

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ №10

1)Н-d диаграмма влажного воздуха, устройство, особенности.

В hd – диаграмме (рис.) по оси абсцисс откладывается влагосодержание d, г/кг сухого воздуха, а по оси ординат - удельная энтальпия влажного воздуха h, кДж/кг сухого воздуха. Для более удобного расположения отдельных линий, наносимых на hd - диаграмму, она строится в косоугольных координатах, в которых ось абсцисс проводится под углом 135° к оси ординат.

При таком расположении осей координат линии h=const, которые должны быть параллельны оси абсцисс, идут наклонно. Для удобства расчетов значения d сносят на горизонтальную ось координат.

Линии d=const идут в виде прямых параллельных оси ординат, т.е. вертикально. Кроме того, на hd.-диаграмме наносят изотермы t_С=const, t_M=const (штриховые линии на диаграмме) в линии постоянных значений относительной влажности (начиная от.  =5% до  =100%). Линии постоянных значений относительной влажности  =const строят только до изотермы 100°, т. е. до тех пор, пока парциальное давление пара в воздухе Р_П меньше атмосферного давления Р. В тот момент, когда Р_П станет равным Р, эти линии теряют физический смысл, что видно из уравнения (10), в котором при Р_П=Р влагосодержание d=const.

Кривая постоянной относительной влажности  =100% делит всю диаграмму на две части. Та ее часть, которая расположена выше этой линии –область ненасыщенного влажного воздуха, в котором пар находятся в перегретом состоянии. Часть диаграммы ниже линии  =100% - область насыщенного влажного воздуха.

Так как при  =100% показания сухого и мокрого термометров одинаковы, t^C=t_M, то изотермы t_C=t_M=const пересекаются на линии  =100%..

Чтобы найти на диаграмме точку, соответствующую состоянию данного влажного воздуха, достаточно знать два его параметра из числа изображенных на диаграмме. При проведении эксперимента целесообразно использовать те параметры, которые проще и точнее измеряются в опыте. В нашем случае такими параметрами являются температура сухого и мокрого термометров.

Зная эти температуры, можно найти на диаграмме точку пересечения соответствующих изотерм. Найденная таким образом точка определит состояние влажного воздуха и по hd - диаграмме можно определить все остальные параметры воздуха: влагосодержание - d; относительную влажность - , энтальпию воздуха - h; парциальное давление пара – Р_П, температуру точки росы – t_М.

2)Дросселирование паров и газов?

Процесс дросселирования протекает без теплообмена с окружающей средой, т. е. адиабатно. В узком отверстии дросселя (например, диафрагмы) скорость пара при постепенном сужении потока достигает максимальной величины. При выходе из узкого сечения скорость его вновь уменьшается и достигает почти первоначального значения. Давление пара, определяемое величиной потенциальной энергии, при прохождении через дроссель падает от pi до Р2 благодаря увеличению кинетической энергии. Давление пара за дросселем вследствие последующего уменьшения кинетической энергии будет возрастать, но пар частично затратит свою энергию на преодоление трения и завихрений потока, а выделившаяся при этом теплота компенсирует падение энтальпии пара в узком сечении дросселя; энтальпия пара до и после дросселя не изменится.

Приведенные рассуждения подтверждаются преобразованием уравнения энергетического баланса.

Конечное состояние пара при дросселировании зависит от его начальных параметров и отношения площади отверстия дросселя к площади сечения трубопровода. Чем меньше отношение этих площадей, тем больше перепад давлений. Пары ведут себя при дросселировании но-разному: влажный пар давлением 4,0— 5,0 МПа при дросселировании может быть превращен в сухой насыщенный или даже перегретый. При дросселировании перегретого пара может произойти снижение его перегрева или переход в насыщенное и вновь перегретое состояние. Все эти превращения легко установить, пользуясь графическим методом расчета с помощью is-диаграммы.

Дросселированием пользуются при регулировании мощности в паровых двигателях, для снижения давления пара в паропроводах в случае использования его движущей силы.

На процессе дросселирования основан принцип работы диафрагм как приборов для измерения расхода газа или пара, проходящих через трубопровод.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ №11

1. Назвать три основных способа переноса теплоты (теплообмена), дать краткую характеристику каждого из них.

Существуют три основных вида теплообмена: теплопроводность, конвекция и тепловое излучение.

Теплопроводность — это молекулярный перенос теплоты между непосредственно соприкасающимися телами или частицами одного тела с различной температурой, при котором происходит обмен энергией движения структурных частиц (молекул, атомов, свободных электронов).

Конвекция осуществляется путем перемещения в пространстве не­равномерно нагретых объемов среды. При этом перенос теплоты не­разрывно связан с переносом самой среды.

Тепловое излучение характеризуется переносом энергии от одного тела к другому электромагнитными волнами.

Часто все способы переноса теплоты осуществляются совместно. Например, конвекция всегда сопровождается теплопроводностью, так как при этом неизбежно соприкосновение частиц, имеющих различные температуры.

Совместный процесс переноса теплоты конвекцией и теплопроводностью называется конвективным теплообменом. Частным случаем конвективного теплообмена является теплоотдача — конвективный теплообмен между твердой стенкой и движущейся средой. Теплоотдача может сопровождаться тепловым излучением. В этом случае перенос теплоты осуществляется одновременно теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением.

Многие процессы переноса теплоты сопровождаются переносом вещества — массообменном, который проявляется в установлении равновесной концентрации вещества.

Совместное протекание процессов теплообмена и массообменна называется тепломассообменном.

Теплопроводность определяется тепловым движением микрочастиц тела. В чистом виде явление теплопроводности наблюдается в твердых телах, неподвижных газах и жидкостях при условии невозможности возникновения в них конвективных токов.

2. Истечение пара или газа через комбинированное соплоСопла Лаваля используются для создания закрити-ческого процесса истечения рабочего тела, условием которого служит po/p1 < bk В нем выделяют три основные области.

1. Суживающаяся короткая часть, в которой скорость потока дозвуковая.

2. Узкое сечение, в котором вещество движется со скоростью звука.

3. Расширяющаяся конусообразная насадка (сверхзвуковая скорость потока).

Главным условием выбора размеров широкой части сопла Лаваля для истечения рабочего тела является безотрывность его от стенок насадки. Поэтому угол раствора конуса должен иметь предел в 12o, это помогает устранить существенные потери вследствие расширения газа (пара).

Рассмотрим процессы, происходящие при работе комбинированного сопла. В том случае, когда давление внешней среды po < pk, скорость и давление потока в узкой плоскости сопел являются критическими.

Конструкция сопла Лаваля позволяет для каждого отношения o < po / p1 < b получить полное расширение вещества в границах значения давлений [po, pi]. При этом в выходном сечении сопла энергия не теряется, а при выравнивании давления рабочего тела и внешней среды скорость потока становится сверхзвуковой, что необходимо для применения сопла на практике. В таком случае массовый расход становится максимальным, его величина зависит от площади наименьшего сечения сопла (Smin).

В узкой части сопла (называемой горловиной) устанавливаются критические значения параметров Vk,Tk, pk, wk= wзв, Gmax.(где Wзв– местная скорость звука). Движение потока по расширяющейся части характеризуется тем, что газ расширяется далее в границах [ p2k, p1], повышается скорость в интервале [wk = Wзв, w > wk] (т. е. до значений w > Wзв), что ведет к уменьшению давления, но при этом удельный объем увеличивается (т. е. v >vk, p < pk).

Расширяющаяся часть насадки может выполнять функцию диффузора, если в узкой плоскости w < wзв (для po / p1> bk).

 

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ №24