Двухступенчатого компрессора

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПОРШНЕВОГО

Лабораторная работа 6

БЛАГОДАРНОСТИ

Громадное, волшебное спасибо всем сотрудникам издательства «Дисней‑Гиперион» и всем, кто работал над книгами цикла «Проклятая школа»! Дженнифер Коркоран, ты зовешь себя публицистом, а по‑моему, твоя профессия вполне заслуживает названия «супергерой». То же относится к Хадли Паттерсон, Энн Дай, Дине Шерман и, конечно, к возглавляющей команду «Проклятая школа», сказочно прекрасному редактору Кэтрин Ондер. Благодаря ее мудрому руководству я смогла — надеюсь! — достойно продолжить цикл. Мою благодарность не выразить словами!

Прямо‑таки до неприличия огромная благодарность моему литературному агенту Холли Рут за то, что она… такая Холли Рут! Ты лучшая, и я ужасно рада, что мы с Софи тебя нашли!

Друзья‑писатели, которые во время работы над книгой держали меня за руку, утешали, давали советы, а при необходимости могли и врезать по физиономии (в переносном смысле): Шантель Эйчивидо, Линдси Левитт, Майра Макинтайр, Эшли Парсонс и Виктория Шваб — вы не давали мне пойти ко дну и так помогли, что мне даже неловко. Люблю вас всех!

Родным и друзьям — спасибо за понимание и за то, что не обижались на пропущенные звонки, не отвеченные электронные письма и готовые обеды, которыми я вас кормила, пропадая в стране вымысла.

И наконец, огромнейшее спасибо вам, мои читатели! Без вас не было бы ни Софи, ни Проклятой школы, ни — подумать страшно — Арчера Кросса. Ваша любовь и поддержка невероятно много для меня значат. Я счастлива, что вы, такие замечательные, есть на свете и что я могу сочинять для вас книги!

[1]Перевод Н. Демуровой.

[2]Перевод Н. Демуровой.

[3]Перевод Н. Демуровой.

Цель работы – ознакомиться с основными принципами расчета поршневого двухступенчатого компрессора, освоить методику экспериментального снятия его характеристик.

1. Теоретические сведения

Компрессором называют машину, предназначенную для сжатия и перемещения различных газов. В основе работы компрессора лежит термодинамический процесс изменения состояния газа, связанный с повышением давления и температуры за счет принудительного уменьшения объема. При этом затрачивается механическая работа.

Компрессоры широко используются в технике - в химической, металлургической, горнорудной промышленности и других отраслях; в авиации, в газотурбинных установках, в холодильных установках.

По принципу работы и конструктивному оформлению все компрессоры делятся на две группы:

1) объемные (поршневые и роторные);

2) лопастные (турбинные и центробежные).

Несмотря на различие принципов сжатия газа в компрессорах в зависимости от их конструкции, термодинамика этого процесса одинакова для всех типов машин.

Процессы в компрессорах описываются одними и теми же уравнениями, поэтому для исследования процессов, протекающих в любой машине можно рассматривать работу наиболее простого поршневого компрессора.

Простейший компрессор (рис.9) состоит из цилиндра 1 с пустотелыми стенками, в которых циркулирует охлаждающая вода и поршня 2, связанного кривошипно-шатунным механизмом с электродвигателем или другим источником механической энергии. В крышке цилиндра в специальных коробках помещается два клапана: всасывающий 3 и нагнетательный 4, которые открываются автоматически под действием изменения давления в цилиндре. Рабочий процесс компрессора совершается за один оборот вала или два хода поршня.

Рис.9. Схема одноступенчатого компрессора

Поступление газа в цилиндр происходит при ходе поршня вправо и открытии всасывающего клапана, при обратном движении поршня всасывающий клапан закрывается, происходят сжатие газа до заданного давления и нагнетание его в газосборник. Однако анализ работы одноступенчатых компрессоров выявил их непригодность для получения воздуха, сжатого до высокого давления ввиду наличия существенных недостатков. Это значительно повышает затраты энергии на сжатие газа до требуемого давления.

Кроме того, при получении газа высокого давления в одноступенчатом компрессоре его температура увеличивается столь значительно, что это становится опасным.

Для получения сжатого воздуха используются многоступенчатые компрессоры (рис.10), представляющие собой несколько последователь-

Рис.10. Схема двухступенчатого компрессора: 1 - цилиндр первой ступени; 2 - охлаждающая рубашка; 3,10 - поршень; 4 - холодильник; 5, 7 - впускной клапан; 6,8 - нагнетательный клапан; 9 - нагнетательный патрубок; 12 - цилиндр второй ступени

но включенных одноступенчатых компрессоров. Между ступенями устанавливаются теплообменники, обеспечивающие охлаждение воздуха, сжатого в предыдущей ступени.

Атмосферный воздух через впускной клапан всасывается в цилиндр первой ступени. Затем сжимается и перегоняется в холодильник. При движении по змеевику холодильника, омываемому водой, воздух охлаждается до прежней температуры и впускается в цилиндр второй ступени. Так как температура воздуха при неизменном давлении уменьшилась соответственно уменьшился и его удельный объем. Затем охлажденный воздух сжимается во второй ступени и после повторного охлаждения поступает на вход следующей ступени или в ресивер (газосборник).

Промежуточное охлаждение воздуха в холодильнике дает существенный выигрыш в работе и уменьшает опасность вспышки паров масла в компрессоре, что и делает возможность получить сжатый воздух с высоким давлением. Это значительно повышает затраты энергии на сжатие газа до требуемого давления.

На рис.11 показаны p-v диаграммы сжатия воздуха в одно 1-2¹-4-5-6- и двухступенчатом 1-2-3-4-5-6 компрессорах. Очевидно, что затраты энергии на получение воздуха одинакового давления (p₂) в двухступенчатом компрессоре меньше, чем в одноступенчатом на величину соответствующую площади 2-3-4-2¹.

Рис.11. p-v диаграммы сжатия газа в компрессорах

(одно и двух ступенчатых)

Кроме того, при получении газа высокого давления в одноступенчатом компрессоре его температура увеличивается столь значительно, что это становится опасным.

Для обеспечения экономичной работы (т. е. наименьшей затраты работы, расходуе­мой на сжатие газа) необходимо при проектировании многоступенчатого компрессора предусмотреть:

- равенство температур газа на входе во все ступени компрессора и равенство температур на выходе из всех ступеней (это обеспечивает необходимые условия для качественной работы системы смазки);

- равенство работ циклов сжатия в каждой из ступеней компрессора.

2. Описание экспериментальной установки

Принципиальная схема стенда, приведенная на рис.12, включает в себя испытуемый компрессор 1, газосборник (ресивер) 2, давление в котором замеряется манометром 3, предохранительный клапан 4, кран 5 служит для сброса конденсата из ресивера, входной дроссель 6, коллектор 7, дроссели 8 (в данной работе не используются), управляющий дроссель 9, трубку Пито 10 с дифференциальным манометром 11. Компрессор 1 приводится в действие электродвигателем 12, потребляемая мощность которого измеряется с помощью амперметра 13 и вольтметра 14.

Рис.12. Принципиальная схема испытательного стенда

3. Порядок выполнения работы

1. Изучить схему стенда и сопоставить ее с экспериментальной установкой.

2. Убедиться в исправности стенда.

3. Полностью открыть дроссель 9.

4. Запустить электродвигатель 12.

5. Подождать пока давление в ресивере перестанет расти (манометр 3) и записать показания в табл.10.

6. Изменить настройку дросселя 9 и выполнить требования пункта 5 (5-6 точек измерения).

7. Открыть дроссель 9 и остановить двигатель 12.

Таблица 10

	Показания приборов
Номер опыта	Манометр 3; Р,	Дифманометр 11; Dh,	Барометр Рат,	Амперметр I,	Вольтметр V,
кгс см^2	МПа	мм.рт. ст.	Па	мм.вод. ст.	Па	А	В
. . .

4. Обработка экспериментальных данных

4.1. Произвести пересчет размерностей всех используемых величин в систему ”СИ”.

4.2. Определить скорость воздуха в трубе

,

где ; g - удельный вес.

4.3. Определить объемный расход воздуха в трубе (производительность компрессора)

,

где - скорость движения воздуха в трубе; - площадь живого сечения трубы.

4.4. Массовый расход воздуха можно определить по формуле

,

где Q - объемный расход воздуха; - плотность воздуха при температуре C.

4.5. Считая процесс сжатия воздуха в компрессоре адиабатным, определим работу, расходуемую на сжатие

, , ,

где p₁ - давление воздуха на входе в первый цилиндр; - давление на выходе второй ступени сжатия; k - показатель адиабаты воздуха; z=2 - количество ступеней сжатия; x - кратности сжатия компрессора в целом; x_1,2 - каждой ступени отдельно.

4.6.Определить полезную мощность, развиваемую компрессором

,

где l - удельная работа компрессора, расходуемая на сжатие одного килограмма воздуха; m - масса сжимаемого воздуха; t - время сжатия:

- массовый расход воздуха.

4.7. Определить мощность, подведенную к валу компрессора (затраченную мощность).

,

где I, U - фазовый ток и напряжение (показания V и A); =0,8; - к.п.д. электродвигателя; - к.п.д. клиноременной передачи.

4.8. Определить КПД компрессора

.

4.9. Определить количество тепла, отведенного от газа в теплообменнике между ступенями сжатия

,

где G – массовая производительность компрессора; с_p – изобарная теплоемкость воздуха при его средней температуре T_ср,

T_ср=0,5(T₂+T₁’)

T₁’, T₂ – температура на входе в теплообменник (на выходе из первой ступени сжатия) и выходе из теплообменника (на входе во вторую ступень сжатия).

Из условия равенства температур на входах обеих ступеней сжатия (с целью снижения затрат энергии) следует, что

T₂ = T₁,

где T₁ – температура воздуха на входе первой ступени сжатия, равная температуре окружающей среды.

Из условия адиабатаного процесса сжатия газа в компрессоре

,

где – давление на выходе первой ступени сжатия.

Для двухступенчатого компрессора

.

Определить предельно допустимое повышение давления воздуха в компрессоре (p_кр), если температура самовоспламенения (T_с.в.) компрессорного масла К-28 не должна превышать T_кр=275 °С, имея в виду, что для каждой ступени сжатия

,

где p_1,2, T_1,2 – соответственно давление и температура на входе и выходе каждой ступени сжатия воздуха.

По результатам расчетов заполнить табл.11.

Таблица 11

Номер опыта	Расход воздуха	Мощность	К.П.Д. hк; %	Тепло, отведенное между ступенями Q; Дж	Давление на выходе компрес. ; МПа
массов. G; кг/с	обьемн. Q; м^3/с	полезн. Nп;Вт	затра-чен.Nз;Вт

5. Контрольное задание

По результатам эксперимента построить графики зависимости основных параметров компрессора от давления на его выходе и дать их анализ:

G = f (p); Q = f (p); N_п = f (p); N_з = f (p); = f (p).

6. Исходные данные для расчета

Таблица 12

Зависимость основных параметров воздуха от температуры

Температура воздуха, ^0С	Плотность воздуха, r, кг / м^3	Теплоемкость воздуха
Ср, Кдж/(кг.град)	Сv, Кдж/(кг.град)
	1,247	1,005	0,717
	1,205	1,005	0,717
	1,165	1,005	0,717
	1,128	1,005	0,717
	0,946	1,006	0,719
	0,746	1,026	0,724

d_тр – диаметр трубы d= 12,5 мм,

k – показатель адиабаты воздуха k = 1,4,

– КПД электродвигателя = 0,95,

– КПД клиноременной передачи = 0,9.

Дата добавления: 2015-05-26