Одноступенчатое сжатие

Многоступенчатое сжатие 7

Производительность компрессора и мощность двигателя для

Него 10

Охлаждение сжимаемого воздуха 12

КОМПРЕССОРЫ И ИХ ОБОРУДОВАНИЕ

Поршневые компрессоры 15

Винтовые компрессоры 21

Центробежные компрессоры 23

Контрольно-измерительная аппаратура 33

Фильтры для очиcтки всасываемого воздуха. Глушители шума 35

Устройства для охлаждения воды 40

Электрооборудование компрессоров 41 ВОЗДУХОПРОВОДНЫЕ СЕТИ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ

УСТАНОВОК

Устройство воздухопроводных сетей 43

ЭКСПЛУАТАЦИЯ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК 50

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Основные положения при проектировании пневматических

Установок 58

Пример расчета пневматической установки 60

ШАХТНЫЕ ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ

Глава I ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПОРШНЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ

Одноступенчатое сжатие

В машинах, предназначенных для сжатия газа. увеличение давления происходит или за счет уменьшения объема просторную, в котором находится газ (объемные компрессоры, к числу которых относятся поршневые и винтовые), или за счет сообщения потока газа энергии от динамического влияния на него лопат рабочих колес (центробежные компрессоры).

На рис. 87 показанные схемы поршневых компрессоров одностороннего и двустороннего действия. В современных компрессорах вместо кривошипного вала применяется коленчатый. В компрессоре одностороннего действия, где цилиндр не имеет задней крышки, механизм движения более простой, в нем отсутствуют крейцкопф и шток.

В компрессоре одностороннего действия (рис. 87, а) всасывание воздуха из атмосферы в цилиндр происходит через всасывающий клапан при походке поршня по левую сторону по правую сторону. При походке поршня по правую сторону по левую сторону этот клапан закрывается. воздух сжимается и выталкивается через нагнетательный клапан в воздухопроводную сеть. В компрессоре двустороннего действия эти процессы протекают с обеих сторон поршня (рис. 87, б).

Описанные компрессоры называются одноступенчатыми, сжатие воздуха в них от начального к конечному давлению вырабатывается сразу за один ход поршня. В многоступенчатых компрессорах сжатие воздуха от начального до некоторого промежуточного давления вырабатывается в первой ступени, а потом в следующих ступенях он сжимается к необходимому конечному давлению.

Рис. 87. Схемы поршневых компрессоров:

а —одностороннего действия; б- двустороннего действия; 1- цилиндр; 2 — поршень; 3,4— всасывающий и нагнетательный клапаны; 5 - вал; 6- кривошип; 7 – шатун; 8 — крейцкопф; 9 – шток.

Процессы, которые протекают в компрессорах, как известно из термодинамики, могут быть изображены в координатных осях давления р и объема В, а также в осях абсолютной температуры Т и энтропии 5. При изображении в осях р-V может быть определенная затрачиваемая в компрессоре робота как площадь, ограниченная линией кругового процесса, при изображении в осях Т —5 — теплота.

Рис. 88. Диаграмма теоретического процесса в одноступенчатом поршневом компрессоре одностороннего действия

Низшее относительно поршневых компрессоров используются координаты р-V, а к центробежных — как координаты р-V, так и Т — 8. Теоретический процесс поршневого компрессора можно было бы осуществить при следующих условиях: 1) после выталкивания в цилиндре компрессора не останется сжатый воздух; 2) давление и температура воздуха при всасывании не изменяются и остаются такими же, как в окружающей компрессор атмосфере; 3) давление и температура сжатого воздуха при его выталкивании не изменяются и одинаковые с давлением и температурой воздуха в напорном трубопроводе.

По диаграмме теоретического процесса в одноступенчатом компрессоре одностороннего действия в координатных осях давления р (здесь и дальше принятые обозначения: р — абсолютное давление, р_и — избыточное давление) и объема V (рис. 88) процесс всасывания в компрессор воздуха объемом V₁ при давлении р₁ изобразится линией 1-2,

процесс сжатия его — кривой 2-3, процесс выталкивания сжатого воздуха объемом V₂ при давлении р₂ в напорный трубопровод — линией 3-4, процесс выравнивания давления в цилиндре от р₂ к р₁ — линией 4-1. Процессы в компрессоре двустороннего действия изобразятся двумя такими диаграммами, повернутыми друг относительно вторая на угол 180°.

Полная работа L_k, израсходованная в компрессоре, представляет собой площадь кругового процесса 1-2-3—4-1 и равняется сумме работ процессов всасывания L_вс = р₁ V₁, сжатия и выталкивание L_выт = p₂V₂, то есть (106)

Масштаб работы определяется на основании принятых масштабов давления и объема. Допустим, что 1 МПа (1 000 000 Н/м²) отвечает 2см, а 1 м² - 5см, тогда 1 000 000 Н·м (Дж) отвечает 10 см'².

Диаграмма теоретического процесса в одноступенчатом поршневом компрессоре одностороннего действия показанная на рис. 88. Процесс сжатия может быть изотермической (2-3 ), адиабатным (2-3') и политропным (2-3 ").

При изотермическом сжатии температура постоянная и от воздуха отводится вся теплота, которая выделяется в процессе сжатия.

При этом процессе

(107)

В цикле с изотермическим сжатием L_вс ⁼ L_выт,так как Р₁V₁=P₂V₂. Ведь

L_к.с = L_сж, то есть работа, затрачиваемая в компрессоре,

(108)

Если объемы выражены в м³, то для получения работы в Дж (Н·г) в формуле (108) и в следующих формулах работы давление должный быть выражен в Па (Н/м²).

При изотермическом процессе от воздуха при сжатии отводится теплота (Дж)

(109)

При адиабатном сжатии к воздуху не привстает и от него не отводится теплота. Линия адиабатного процесса сжатия в координатах р-V круче линии изотермического процесса.

При адиабатном процессе справедливые следующие зависимости между давлениями р и абсолютными температурами Т, с одной стороны, и объемами V — с другого, а также между температурами и давлениями:

(110)

где k==1,4 — показатель адиабаты (отношение теплоемкост воздух при постоянном давлении порівн к теплоемкости его при постоянном объеме С_v);

; (111)

.; (112)

При цикле с адиабатным сжатием

откуда

. (113)

На основании выражений ( 110) и (113)

(114)

Политропное сжатие воздуха в компрессоре применяется с отводом теплоты, то есть с охлаждением (п < k ).

При цикле с политропным сжатием справедливые те же зависимости, то есть (110)—(114), что и при адиабатном сжатии, но с применением вместо показателя адиабаты k показателя политропы г.

Количество теплоты Q (Дж), что відводиться от т кг воздух при сжатии его по политропному процессу,

(115)

где C_v = 0,7243 кдж/(кг·КР)-средняя массовая теплоемкость воздуха при постоянном объеме и температуре 0... 200 °С.

Минимальная работа будет затрачиваться в компрессоре с изотермическим сжатием (площадь 1-2-3—4-1), а максимальная — при адиабатном сжатии (площадь 1-2-3'—4-1). Максимальная площадь будет больше минимальной на величину площади 2-3-3'—2. При изотермическом сжатии за все время процесса температура сжимаемого воздуха будет равняется температуре всасываемого. При адиабатном сжатии температура сжатого воздуха будет выше температуры всасываемого, и это может появиться причиной взрыва от вспышки смазочного масла. Адиабатное сжатие тем более невыгодно, чем больше степень повышения давления ε= р₂/p₁.

Так как изотермическое сжатие в компрессоре через условия охлаждения практически осуществить невозможно, то сжатие вырабатывается по политропному процессу (линия 2-С") при п = = 1, 3,... 1,35 с частичным отводом тепла от воздуха, что выгоднее адиабатного.

Соответствующей действительности процесс поршневого компрессора отличается от теоретического следующим:

1) при выталкивании сжатого воздуха его часть остается в просторному между поршнем, который находится в крайнем положении, и крышкой цилиндра, а также в каналах, которые соединяет клапаны с цилиндром; это пространство называется вредной;

2) имеют место сопротивления при всасывании атмосферного воздуха в фильтре и в всасывательных клапанах, а при выталкивании сжатого воздуха — в нагнетательных клапанах;

3) имеются неплотности между поршнем и стенками цилиндра, в клапанах и сальниках;

4) в конце всасывание температура воздуха в цилиндре повышается;

5) сжимаемый воздух содержит частицы водного пара. При походке всасывания сжатый воздух, который остался в вредном пространстве, расширяется (рис. 89, а, кривая 4 -1} и давление его _падает от р₂ к р1. Очевидно, что всасывание начинается не

Рис. 89. Диаграмма процесса в одноступенчатом компрессоре с учетом влияния:

а — вредного пространства; бы — вредного пространства и клапанов

в начале хода поршня; а только тогда, если давление в цилиндре станет ниже давления атмосферного воздуха, то есть будет всасываться меньший объем воздуха, чем при теоретическом процессе.

Отношение α₀ объема V₀ вредного просторную к объему V_п, описываемому поршнем за один ход, называется коэффициентом вредного пространства. Обычно α_в = 0,03...0,06.

Отношение α₀ объема V_в всасываемого в компрессор воздуха с учетом влияния вредного пространства к объему V_п называется объемным коэффициентом компрессора.

Для общего случая расширения воздух, который остался в вредному просторные, по политропе

p2 =p₁(V_п+V_о+V_в)ⁿ (116)

На основании этого выражения и понятия про “в и “про имеем

(117)

то есть объемный коэффициент тем более, чем меньше коэффициент вредного пространства α_В и степень повышения давления ε и чем больше показатель политропы п расширение воздух, который остался в вредном пространстве.

Вредное пространство почти не влияет на работу, затрачиваемую в компрессоре, но снижает производительность компрессора.

Давление р₁ воздух в цилиндре при всасывании будет меньше давления р_а атмосферного воздуха в связи с сопротивлением:

1) при проходе воздуха через фильтр, который всасывает трубу и под пластинками клапана;

2) обусловленным инерцией клапанных пластинок и пружины при открытии клапана;

3) от инерции воздуха, вследствие чего линия всасывания снижается в первой половине и немного повышается в второй половине хода поршня.

При этом объем V_В всасываемого в компрессор воздуха, приведенный к атмосферному давлению, будет еще меньшее, а затрачиваемая работа возрастает на величину, изображаемую заштрихованной площадью, которая розташованаі ниже линии атмосферного давления (рис. 89, б).

Давление р₂ сжатые воздух в компрессоре будет больше давления р_рез сжатого воздуха в воздухосборнике и воздухопроводной сети в связи с сопротивлением: 1) при проходе воздуха под пластинками нагнетательного клапана; 2) обусловленным инерцией клапанных пластинок и пружины, которая проявляет в момент открытия клапана; 3) при проходе воздуха от клапана к нагнетательному патрубку компрессора. При этом затрачиваемая работа возрастает на величину, пропорциональную заштрихованной площади, которая розмещена выше линии давления сжатого воздуха в резервуаре.

Выступ в начале линии всасывание и выталкивание на диаграмме объясняется инерцией подвижных элементов клапанов.. Неплотности в компрессоре имеют место: в всасывательных клапанах (из-за чего при сжатии и выталкивании часть воздуха просачивается назад в всасывающий трубопровод); в нагнетательных клапанах (в связи с чем во время всасывания частично поступает воздух из напорного трубопровода); между поршнем и стенками цилиндра и в сальниках (вследствие чего воздух при сжатии и выталкивании может перетекать с одной пустоты цилиндра в другую и просачиваться из него). В результате соответствующей действительности производительность компрессора уменьшается, причем работа на сжатие воздуха, который вытекает через неплотности, затрачивается напрасно.

В момент всасывания снова поступает воздух смешивается с оставшимся в цилиндре и непрерывно подогревается от стенок цилиндра. При этом уменьшаются плотность воздуха и, итак, массовая производительность компрессора, хотя его объемная производительность остается бывшей. Затрачиваемая работа остается такой же, но относится уже к меньшей массовой производительности компрессора.

В воздухе помещается водный пар, который, конденсируя после выхода из цилиндра, также уменьшает массовую производительность компрессора.

Таким образом, соответствующей действительности производительность компрессора меньше теоретической. Все потери производительности в компрессоре учитываются коэффициентом подачи.

Отношение соответствующей действительности подаваемого за один ход объема Vд воздух, перечисленного на давление и температуру всасывания, к объему, описываемому поршнем компрессора за один ход, называется коэффициентом подачи компрессора α_г, что обычно равняется 0,75...0,9.

Повысить коэффициент подачи и, итак, соответствующей действительности производительность компрессора можно:

1) правильным выбором объема вредного пространства;

2) уменьшением сопротивления при всасывании;

3) красивым уплотнением в компрессоре;

4) чистотой цилиндра и других частей машины;

5) обеспечением по возможности более низкой температуры всасываемого воздуха.

Соответствующей действительности, индикаторную ли диаграмму компрессора можно снять с помощью индикатора.

Дата добавления: 2015-07-10