Поршневые компрессоры Исполнитель
- Скачано: 29
- Размер: 21.91 Kb
ПОРШНЕВЫЕ КОМПРЕССОРЫ
- Принцип работы и классификация поршневых компрессоров
В поршневом компрессоре поршень совершает возвратно-поступательное движение. При движении поршня, сверху вниз воздух поступает в цилиндр через, всасывающий клапан.
{spoiler=Продолжать Читать}
При движении поршня снизу вверх воздух сначала сжимается от начального давления р1 до конечного давлению в нагнетательном патрубке р2, равного в нагнетательном патрубке, после чего открывается нагнетательный клапан и сжатый воздух поступает в нагнетательный трубопровод. Таким образом, рабочий цикл поршневого компрессора совершается за два хода поршня или за один оборот вала компрессора. Величина конечного давления определяется давлением воздуха в нагнетательном патрубке компрессора.
Поршневые компрессоры классифицируются:
По числу ступеней сжатия: на одноступенчатые и многоступенчатые;
По производительности: на компрессоры малой (до 10м3 /мин), средней (до 10 – 30 м3 /мин) и большой (свыше 30 м3 /мин), производительности:
По величине конечного давления: на компрессоры низкого (до рабс = 10 ат), среднего (до рабс = 10 ¸ 100 ат) и высокого (до рабс>100 ат) давления:
По способу действия или числу рабочих сторон поршня: на компрессоры простого и двойного действия:
По числу цилиндров: на одноцилиндровые и многоцилиндровые; по расположению цилиндров: на горизонтальные, вертикальные и наклонные:
По способу охлаждения : на компрессоры с водяным и воздушным охлаждением:
По назначению : на воздушные, аммиачные, кислородные и т.п.:
По быстроходности: на тихоходные (n<200 об/мин), средней быстроходности (n=200-500 об/мин) и быстроходные (n=500-1000 об/мин)..
- Теоретический рабочий процесс одноступенчатого
поршневого компрессора
При изучении теоретического рабочего процесса одноступенчатого поршневого компрессора вводятся следующие условия:
Отсутствие вредного пространства, т.е. весь сжатый воздух полностью выталкивается из цилиндра:
Температура и давление воздуха в цилиндре во время всасывания и нагнетания должны быть постоянными:
Отсутствие потерь давления в клапанах и потерь энергии вследствие механического трения :
Отсутствие утечек воздуха через не плотности:
Воздух не должен содержать водяных паров.
Работа, совершаемая поршнем внутри цилиндра при осуществлении теоретического цикла, выражается площадью 1-2-3-4 индикаторной диаграммы и равна сумме работ всасывания, сжатия и выталкивания.
LI= LВС + Lсж+ Lвыт
работу, совершаемуюпоршнемприсжатиии выталкивании воздуха, принято считать положительной, а совершаемую воздухом при всасывании – отрицательной.
Работа всасывания определяется площадью прямоугольника 0-6-1-4- на диаграмме и равна
Lвс=- р1 V1
- Действительныйрабочийпроцессодноступенчатого
поршневогокомпрессора
Действительный рабочий процесс поршневого компрессора существенно отличается от рассмотренного выше теоретического. Это объясняется наличием вредного пространства в цилиндре, понижением давления воздуха в цилиндре, понижением давления воздуха в цилиндре при всасывании, повышением давления при выталкивании воздуха из цилиндра, повышением температуры при всасывании, влиянием влажности воздуха и утечками его через неплотности в клапанах, сальниках и между поршнем и сенками цилиндра.
Вредное пространство представляет собой объем, заключенный между крышкой цилиндра и поршнем при его крайнем положении у этой крышки, включая также объем каналов, соединяющих клапаны с цилиндром.
Это отношение называется оъемнымкоэффицинтом компрессора. Величина его определяется из индикаторной диаграммы и составляет обычно
l0= 0,85 ¸ 0,95.
Отношение объема вредного пространства Vм к объему, описываемому поршнем Vп, называется относительным вредным пространством
m= VM/Vп
обычно m= 0,03 ¸ 0,06 и редко больше.
Понижение довления воздуха в цилиндре во время всасываниея происходит вследствие следующих сопротивлений, испытываемых воздухом на пути движения в цилиндр: сопротивления фильтра, сопротивления всасывающего трубопровода, сопротивления клапана, включая сопротивление, обусловленное инерцией клапана в момент открывания и вызывающее кратковременное понижение давления воздуха в начале всасывания.
По этой причине объем всасываемого в цилиндр воздуха V’1, приведенный к атмосферному давлению р0, будет еще меньше, так как при сжатии воздуха сначала необходимо довести его давление до атмосферного р0. Из диаграммы , приведенной , видно, что часть объема цилиндра V1 – V’1 остается неиспользованной.
Понижение давления при всасывании воздуха увеличивает индикаторную работу на величину, эквивалентную заштрихованной площадке на диаграмме под линией атмосферного давления.
Повышение давления воздуха в цилиндре при выталкивании происходит вследствие сопротивлений при прохождении воздуха через нагнетательный клапан., трубопроводов, соединяющий компрессор с воздухосборником, и инерционного сопротивления клапана и воздуха в указанном трубопроводе.
При повышении температуры всасываемого воздуха увеличивается удельная работа теоретического цикла компрессора, что видно из уравнения, в которого, заменяя р1V1 на RT1, получим
Влажность засасываемого воздуха также отражается на производительности компрессора, так как водяные пары конденсируются при охлаждении воздуха в воздухосборнике и трубопроводе. При этом все сухого воздуха, засасываемого в цилиндр, становится меньше. Это уменьшение производительности компрессора учитывается коэффициентом l3< 1.
Таким образом, действительная производительность компрессора вследствие влияния нароботу всех перечисленных факторов будет меньше теоретической. Отношение объема действительно подаваемого компрессором воздуха V’2 приведенного к условиям всасывания, к объему, описываемому поршнем за один ход, называется коэффициентом подачи компрессора
Коэффициент подачи l при нормальном состоянии компрессора равен
l = 0,75-0,85.
Двухступенчатое и многоступенчатое
Существуют два предела степени повышения давления воздуха в одной ступени. Первый предел обусловлен влиянием вредного пространства на производительность компрессора. С увеличением степени повышения давления объемный коэффициент и, следовательно, производительность компрессора уменьшаются. Очевидно, может быть такая предельная степень повышения давления, при которой воздух, расширяясь из вредного пространства, заполнит весь цилиндр и всасывание его из атмосферы прекратится. Положив l0 = 0, из уравнения получим
Откуда
Если принять максимальное значение m=0,06, а для n минимальное значение n =1, то получим
Отсюда следует, что этот предел степени повышения давления достаточно высок даже при крайних значениях m и n и не может служить причиной перехода в двухступенчатому сжатию при давлениях воздуха 6-8 ama, применяемого в горной промышленности.
Второй предел степени повышения давления обусловлен допустимой температурой воздуха в цилиндре. Для уменьшения трения и износа цилиндра последний смазывается маслом, которое при высокой температуре в цилиндре пригорает, испаряется и разлагается. Пары масла, летучие вещества и в первую очередь метан, выделяющийся из масла, смешиваясь с воздухом, образуют горючую смесь, которая при соответствующих условиях может взрываться в цилиндре, воздухосборнике и в нагнетательном трубопроводе. Рассмотрим теоретический процесс сжатия воздуха в двухступенчатом компрессоре: при этом будем считать, что охлаждение воздуха в охладителе производится до первоначальной температуры, и давление воздуха в охладителе остается постоянным.
Диаграмма рабочего процесса второй ступени будет 8-5-6-3. Вследствие охлаждения объем Vxзасасываемоо воздуха из охладителя в цилиндр второй ступени будет меньше объема воздуха, выталкиваемого в охладитель. Положение точки 5 определяется пересечением изотермы 1-9, проведенной из точки 1, линией выталкивания воздуха из первой ступени 8-7. Как видно из диаграммы, при двухступенчатом сжатии затрачиваемая работа меньше на величину, эквивалентную площади 5-7-2-6.
Равенство степеней повышения давления в ступенях сжатия сохраняется вслучае работы двухступенчатого компрессора при паспортном конечном давлении. Если компрессор будет работать при конечном давлении меньше паспортного, равенство степеней повышения давления в ступенях нарушается. При этом уменьшается степень повышения давления во второй ступени, тогда как в первой ступени она почти не уменьшается.
{/spoilers}