Компрессоры

З-12.5

З-12.4

З-12.3

З-12.2

З-12.1

Задачи

Воздушная холодильная установка имеет холодопроизводительность 840 МДж/ч. Параметры воздуха на выходе из холодильной машины: р₁ = 0,1 МПа и t₁ = -3 ºС. После сжатия воздух имеет давление 0,4 МПа. Температура окружающей среды 20 ºС.

Определить температуру воздуха после расширения, мощность компрессора и детандера (расширителя), холодильный коэффициент. Определить холодильный коэффициент обратного цикла Карно в том же интервале температур.

Ответ: T₄ = 197 К, N_k = 372 кВт, N _д = 273,2 кВт, = 2,3, = 11,7.

Воздушная холодильная машина производит 198 кг/ч льда при
-6 ºС из воды, температура которой 12 ºС. Воздух в компрессоре сжимается от давления р₁ = 0,0981 МПа до р₂ = 0,5 МПа.

Определить часовой расход воздуха и потребную для данной машины мощность.

Ответ: m_возд = 1123 кг/ч, N = 12,87 кВт.

Компрессор углекислотной холодильной установки всасывает сухой пар и сжимает его по адиабате. Температура испарения углекислоты t₁ = -10 ºС, а температура конденсации t₃ = -20 ºС. После конденсации жидкая углекислота расширяется в редукционном вентиле.

Определить тепловую нагрузку конденсатора, если холодопроизводительность углекислотной установки равна 419 МДж/ч. Представить цикл в диаграмме T-s.

Ответ: Q = 52,34 МДж/ч.

Из испарителя аммиачной холодильной установки пар выходит сухим насыщенным при температуре t₁ = -20 ºС. Температура адиабатно сжатого пара аммиака t₂ =25 ºС. Пройдя через конденсатор и переохладитель, пар превращается в жидкий аммиак с температурой t =15 ºС.

Принимая производительность холодильной установки
Q₀ =290,7 кДж/с, провести сравнение данной установки с установкой, работающей без переохлаждения, определив для них холодопроизводительность 1 кг аммиака, часовое количество аммиака, холодильный коэффициент и теоретическую мощность двигателя холодильной машины. Задачу решить, пользуясь диаграммой i-lg p.

Ответ:1. q =1167,3 кДж/кг, m_а =897 кг/ч, = 4,36, N_теор =66,7 кВт;

2. q₀ =1119,6 кДж/кг, m_а =936 кг/ч, = 4,57, N_теор =63,7 кВт.

Холодопроизводительность воздушной холодильной установки Q =83,7 МДж/ч.

Определить ее холодильный коэффициент и потребную теоретическую мощность двигателя, если известно, что максимальное давление р₁ = 0,11 МПа, температура воздуха в начале сжатия t₁ = 0 ºС, а при выходе из охладителя t₃ = 20 ºС. Сжатие и расширение воздуха принять политропным с показателем политропы n = 1,28.

Ответ: = 2,56, N _дв = 9,3 кВт.

Компрессором называют машину, предназначенную для сжатия различных газов. В зависимости от конструкции и принципа работы компрессоры делятся на две группы: поршневые и турбинные (центробежные). Устройство поршневого компрессора показано на
рис. 29. Компрессор состоит из цилиндра 1, поршня 2, связанного кривошипно-шатунным механизмом с источником механической работы. В крышке цилиндра помещаются два клапана: всасывающий 3 и нагнетательный 4, открывающиеся автоматически под действием изменения давления в цилиндре.

Рис. 29

Процессы, протекающие в идеальном компрессоре представлены на р-v диаграмме (рис. 30 а). Линия 4-1 изображает процесс всасывания газа, кривая 1-2 процесс сжатия, линия 2-3 процесс нагнетания. Диаграмма 1-2-3-4 называется теоретической индикаторной диаграммой. Теоретическая работа компрессора l₀ определяется площадью индикаторной диаграммы и зависит от процесса сжатия
(рис. 30 б). Кривая 1-2 изображает процесс изотермического сжатия, кривая 1-2^/ - политропного сжатия, кривая 1-2^// - процесс адиабатного сжатия.

При изотермическом сжатии теоретическая работа компрессора равна работе изотермического сжатия

. (13.1)

Рис. 30

Работа, отнесенная к 1 м³ всасываемого воздуха

. (13.2)

Работа для получения 1 м³ сжатого воздуха

. (13.3)

Количество теплоты, которое должно быть отведено при изотермическом сжатии

q = l₀. (13.4)

При адиабатном сжатии теоретическая работа компрессора в k раз больше работы адиабатного сжатия (формула (6.23))

, (13.5)

где i₁ и i₂ – соответственно начальное и конечное значение энтальпии воздуха.

Работа, отнесенная к 1 м³ всасываемого воздуха

. (13.6)

Работа для получения 1 м³ сжатого воздуха

. (13.7)

Температуру газа в конце сжатия можно определить из соотношения параметров адиабатного процесса.

При политропном сжатии теоретическая работа компрессора в n раз больше работы политропного сжатия (формула (6.32))

. (13.8)

где i₁ и i₂ – соответственно начальное и конечное значение энтальпии воздуха.

Работа, отнесенная к 1 м³ всасываемого воздуха

. (13.9)

Работа для получения 1 м³ сжатого воздуха

. (13.10)

Количество теплоты, которое должно быть отведено при политропном сжатии находят по формуле 6.37. Теоретическая мощность, потребляемая двигателем компрессора для сжатия m кг/ч газа

, кВт. (13.11)

Однако в действительном компрессоре имеется наличие вредного пространства, поэтому при построении действительной индикаторной диаграммы (рис. 31)вводится добавочный процесс – линия 3-4 процесс расширения сжатого газа, оставшегося к концу нагнетания во вредном пространстве. Отношение объема вредного пространства к объему, описываемому поршнем, называют относительной величиной вредного пространства

l = V_c/V_h. (13.12)

Рис. 31

Величину, характеризующую степень полноты использования рабочего объема цилиндра, называют объемным к.п.д. компрессора

, (13.13)

где n – показатель политропы расширения газа, оставшегося во вредном пространстве.

Действительную работу реального компрессора определяют при помощи изотермического или адиабатного к.п.д. и механического к.п.д.

, (13.14)

где l_из и l_ад – соответственно теоретическая работа при изотермическом и адиабатном сжатии;

l_к – действительная работа компрессора.

Эффективный к.п.д. компрессора

h_к = h_из·h_м или h_к = h_ад·h_м. (13.15)

Действительная мощность, потребляемая двигателем компрессора для сжатия m кг/ч газа

, кВт, (13.16)

Наиболее выгодным оказывается многоступенчатое сжатие в случае, если отношение давлений в каждой ступени принимается равным для всех ступеней (рис. 32)

. (13.17)

Рис. 32

Тогда

, (13.18)

где х – отношение давлений в каждой ступени;

m – число ступеней компрессора;

р_к – давление воздуха, выходящего из последней ступени;

р₁ – давление воздуха, поступающего в первую ступень.

Процеcc сжатия в многоступенчатых компрессорах осуществляется последовательно во всех цилиндрах с охлаждением после сжатия в каждом цилиндре. Обычно при этом стремятся к тому, чтобы газ после холодильника имел ту же температуру, с которой он поступил в предыдущую ступень.

Распределение давлений приводит к тому, что температуры на выходе из каждой ступени равны между собой

t₂ = t₄ = t₆ = … =t_к. (13.19)

Дата добавления: 2015-05-09