Компрессоры

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

УДК 622.51 (075.80)

КОМПРЕССОРЫ. Учебное пособие /Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Сост. В.С. Соловьев, В.И Александров.

СПб, 2012. 73 с.

Приведены основные сведения по определению затраченной работы на транспортированию газа. Основные данные по термодинамике газа. Изложены основы теории объемных компрессоров и турбокомпрессоров.

Отличительной особенностью пособия является обобщенное изложение механических и термодинамических процессов в компрессорах; освещение вопросов эквивалентного показателя процесса сжатия, единого показателя коэффициента полезного действия, а также представление действительных индивидуальных характеристик объемных компрессоров.

Учебное пособие предназначено для студентов всех форм обучения при изучении разделов «Стационарные машины» специальности 150402 «Горные машины и оборудование», 150404 «Металлургические машины и оборудование», курса «Насосы и компрессоры» для студентов специальности 151000 направления 130603 «Оборудование нефтегазопереработки», курса «Горные машины и оборудование» для студентов специальности 151000 направления 280102 «Безопасность технологических процессов и производств».

Ил. 32.

Научный редактор проф., д.т.н. Ю.Д. Тарасов

© Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Рецензенты:

1 КОМПРЕССОРНЫЕ УСТАНОВКИ

1.1 Классификация компрессорных

установок

По принципу действия компрессоры подразделяются на объемные и динамические (лопастные), рис1.

Для объемных компрессоров характерно создание замкнутого объема газа и последующее уменьшение этого объема, при котором происходит сжатие.

Поршневые компрессоры были изобретены первыми и являются самыми распространенными. Поршневые компрессоры очень разнообразны: одинарного или двойного действия, со смазкой или бессмазочные, с различным числом цилиндров и с различным расположением цилиндров (L–образное, V-образное, вертикальное W-образное и т.д. В маслосмазываемых компрессорах применяют систему естественной подачи масла и систему подачи масла под давлением. В большинстве компрессоров используются самодействующие клапаны, которые открываются и закрываются в результате разности давлений по обе стороны пластин клапана.

Безмасляные поршневые компрессоры оснащаются поршнями, кольца которых изготовляются из графита или политетрафторэтилена.

Более крупные машины оснащаются крейцкопфом и уплотнением на штоке поршня, а также промежуточным отсеком (вентилируемым «фонарем»), предотвращающим перетекание масла из картера в камеру сжатия газа.

В мембранных компрессорах мембрана приводится в движение механическим или гидравлическим способом. Такие компрессоры используются при малых производительностях или в качестве вакуумных насосов.

Винтовые компрессоры. Основными частями винтового компрессора являются ведущий и ведомый роторы, которые вращаются навстречу друг другу. При этом расстояние между ними и корпусом уменьшается – происходит сжатие газа. Возникающее осевое давление воспринимается подшипниками.

Преимуществом такого компрессора является отсутствие клапанного аппарата, малые габаритные размеры.

В винтовых компрессорах с сухим сжатием используется внешняя зубчатая передача, а поскольку роторы не соприкасаются друг с другом и корпусом, то требуют высокой точности изготовления. Степень повышения давления ограничивается разностью температур на входе и выпуске. Для снижения температуры в процессе сжатия в винтовых компрессорах используется впрыск охлаждающей жидкости в камеру сжатия. Чаще всего используют масло из-за хороших смазочных свойств, но может использоваться и вода. По энергетическим параметрам такие компрессоры достигли уровня лучших поршневых и центробежных машин, т.к. изотермический КПД достигает 0,66-0,68. Винтовые компрессоры по производительности выпускаются от 6 до 400 м³/мин при давлении нагнетания до 2,0 МПа.

Распространенный тип объемных машин включает роторно-пластинчатые компрессоры, которые выпускаются производительностью от 1 до 100 м³/мин и на давления от 0,01 (вакуум-насосы) до 2,5 МПа. В данном диапазоне роторно-пластинчатые компрессоры имеют больший КПД, чем поршневые. Жидкостно-кольцевые более распространены в качестве вакуум-компрессоров. Производительность их доходит до 2000 м³/мин при абсолютном давлении от 0,002 МПа.

Наиболее экономичны динамические компрессоры: центробежные и осевые. Центробежные компрессоры при больших производительностях от 20 м³/мин имеют высокую степень повышения давления более 100 МПа. Высокими производительностями обладают осевые компрессоры, достигающими 1000 м³/мин с относительно низкой степенью повышения давления до 10-15.

Рис.1. Классификация компрессоров.

1.2 Коэффициент сжимаемости газов

В теории компрессоров, работающих в условиях, когда можно пренебречь размерами молекул газа и межмолекулярными силами используется уравнение состояния идеального газа Менделеева-Клайперона

pv = RT,(1)

где р – давление газа, Па; v – удельный объем газа, м³/кг; R – газовая постоянная, Дж/(кг·град); Т – абсолютная температура газа, К.

При давлениях выше 10 МПа начинает оказывать влияние объем молекул газа и влияние сил межмолекулярного притяжения. Поэтому газ рассматривается как реальный.

Объем реального газа при низком давлении и температуре из-за взаимного притяжения молекул меньше, чем объем идеального газа, а при высоких давлениях больше, чем объем идеального газа. Этот избыточный объем газа b равен разности объема реального газа v и идеального v _ид,

v _ид = v – b. (2)

Тогда основное уравнение примет вид

р(v-b) = RT. (3)

Сжимаемость реального газа учитывают с помощью коэффициента сжимаемости

(4)

При нормальных условиях (р=0,1013МПа и t=0⁰C) z(p,T) =1.

z

Показатель отклонения сжимаемости

, (5)

откуда b =273 β R. (6)

Зависимость β от z имеет вид (7)

Удельный объем реального газа получим подстановкой в (3) значения b:

(8)

Значения коэффициента сжимаемости z (pT) и показателя отклонения сжимаемости β в зависимости от давления и температуры приводятся в справочных данных и на рис.2.

Для смесей газов, когда ее компоненты не вступают в химические реакции между собой, справедливы уравнения состояния идеального и реального газов. Коэффициент сжимаемости смеси газов z _см находится по правилу аддитивности:

z _см =Σ z_ig_i, (9)

где z_i – коэффициент сжимаемости i -го компонента; g_i – массовая доля i -го компонента смеси.

Дата добавления: 2015-06-27