Вопрос 3.1. Принцип работы и термодинамические условия работы поршневого компрессора

КОМПРЕССОРЫ

Лекция 7

В 1848 г. революции в Европе заставили Николая встать на путь реакции, отказаться от планов изменения положении крепостных крестьян.

Николаевская эпоха увенчалась полным провалом попыток стабилизировать самодержавие. Фактическую черту под николаевскую систему подвели смерть Николая Первого (в феврале 1855 г.) и поражение в Крымской войне, которая закончилась полной катастрофой для России. Крымская войны 1853-1856 гг. – этот русско-турецкая война за господство на Ближнем Востоке.

Компрессоры представляют собой машины для сжатия и переме­щения газообразных агентов, например, воздуха, кислорода, водоро­да, природного газа и т. п. (далее по тексту - газа). Они нашли широкое применение в народном хозяйстве, в том числе в нефтяной и га­зовой промышленности.

Области применения компрессоров в этих отраслях следующие: - подъем пластовой жидкости на поверхность при компрессорном способе добычи нефти;

- закачка газа в нефтяные пласты с целью поддержания и восстановления пластового давления;

- закачка газа в подземные хранилища;

- освоение скважин после бурения и ремонта;

- подача воздуха в пневматические системы буровых установок;

- подача окислителя (воздуха) в нефтяные пласты при эксплуатации месторождений с применением внутрипластового движущегося очага горения;

- сбор газа при эксплуатации нефтяных и газовых месторождений и подача его на головную компрессорную станцию;

- сжатие нефтяного газа в сепарационных установках;

- транспортирование газа по магистральным трубопроводам;

- подача воздуха в пневматические системы различных грузоподъемных, транспортных и других машин, приборов, инструментов и приспособлений, применяемых в нефте – и газодобыче;

- опрессовка трубопроводов, емкостей и т. п. В процессе испыта­ния их на прочность и плотность;

- перемещение газа в установках заводов по переработке нефти и газа;

- удаление газа с целью создания в какой-либо полости вакуума;

- вентиляция с целью охлаждения оборудования и циркуляции воздуха в помещениях;

- теплопередача (в охлаждающих рубашках машин, подогревате­лях, холодильных установках).

Все компрессоры можно условно подразделить на два вида: динамические и объемные.

В динамических компрессорах газ сжимается путем увеличения его скорости и превращения кинетической энергии газа в энергию давления. В объемных компрессорах - в результате уменьшения объе­ма рабочего пространства.

К динамическим компрессорам относятся центробежные, осевые компрессоры и центробежные вентиляторы.

Центробежные компрессоры и вентиляторы по принципу дей­ствия и конструкции подобны центробежным насосам; осевой комп­рессор - осевому насосу. Конструктивные особенности динамичес­ких компрессоров в отличие от насосов связаны со сжимаемостью пе­ремещаемой газовой среды (это свойство газа определяет конструк­тивные особенности и объемных компрессоров) и большими часто­тами вращения валов компрессоров (более 200 С^-1).

К объемным компрессорам, по аналогии с объемными насосами, относятся поршневые и роторные. Классификационным признаком поршневого компрессора является наличие в качестве рабочего орга­на поршня или плунжера. Принцип его действия подобен принципу действия поршневого насоса.

К роторным компрессорам относятся пластинчатые, жидкостно-­кольцевые, коловратные, винтовые и некоторые другие типы комп­рессоров. В них, так же как и в роторных насосах, осуществляется вращательное или вращательное и возвратно-поступательное движе­ние рабочих органов независимо от характера движения ведущего звена. Их конструкция и принцип действия аналогичны.

К компрессорам (компрессорным машинам) относятся собствен­но компрессоры, вентиляторы и вакуумные компрессоры.

В результате сжатия газа давление на выходе компрессора Р₂ ста­новится больше давления на входе в него p₁ Отношение этих вели­чии представляет собой степень повышения давления компрессором

ε = p₂/p_1.

Когда требуется обеспечить ε = 1...1,15, применяются вентилято­ры (вентиляторы практически не сжимают газ и поэтому их принцип действия мало отличается от принципа действия насоса). Для полу­чения ε > 1,15 применяют компрессоры. Для ε~ < 2,5... 3 - неохлажда­емые компрессоры, так называемые нагнетатели, воздуходувки, про­дувочные насосы.

Вакуумные компрессоры применяются для удаления газа из ог­раниченного пространства (сосуда, резервуара). Давление на выходе. вакуумного компрессора обычно равно атмосферному, но в результа­те создания разряжения в сосуде или в резервуаре, степень повыше­ния давления вакуумным компрессором может достигать больших значений, по сравнению с другими компрессорными машинами.

Принципиальная схема поршневого компрессора (рис. 3.1) вклю­чает цилиндр 1, поршень 2, всасывающий 3 и нагнетательный 4 кла­паны, шток 5 и кривошипно- шатунный механизм, состоящий из крей­цкопфа 6, шатуна 7 и кривошипа 8

Рис 3.1. Схема поршневого компрессора

Рабочий процесс в поршневом компрессоре осуществляется за четыре этапа:

1 - расширение газа во вредном пространстве цилиндра компрес­сора (в клапанах и околоклапанном пространстве, в зазоре между крышкой цилиндра и плоскостыо АА, соответствующей крайнему положению поршня);

2 - всасывание (расширение и всасывание происходят при дви­жении поршня от плоскости АА до плоскости ВВна длине хода пор­шня s; при этом всасываюший клапан открывается не сразу, а лишь после того, как газ, находящийся во вредном пространстве цилиндра, расширится, и его давление станет меньше давления во всасывающей линии, в этот момент откроется клапан З, и газ начнет поступать в цилиндр компрессора);

3 - сжатие (происходит при движении поршня от плоскости ВВдо плоскости СС);

4 - нагнетание (происходит при движении поршня от плоскости сс до плоскости АА; нагнетание газа в трубопровод начинается тог­да, когда давление газа в цилиндре превысит давление в нагнетатель­ной линии, в этот момент откроется клапан 4, и газ начнет поступать в трубопровод).

Расширение и сжатие газа в компрессоре связаны с изменением его температуры и являются объектом изучения технической термо­динамики.

Характер изменения объема газа зависит от условий теплообмена между газом, деталями компрессора и окружающей средой. В зави­симости от этого сжатие или расширение могут происходить:

- без теплообмена (адиабатический процесс); т. е. с нагревом газа при его сжатии или охлаждением газа при его расширении;

- с частичным теплообменом (политропический процесс);

- с полным теплообменом (изотермический процесс), т.е. с сохранением одной и той же, постоянной при сжатии и расширении, тем­пературы газа.

Как видно из определений, адиабатический и изотермический про­цессы являются частными случаями политропического процесса.

Политропический процесс изменения состояния идеального газа удовлетворяет уравнению:

pV^m = const,

где р - давление;

V - объем газа;

т - показателъ политропы.

При адиабатических процессах т обозначается через k и называ­ется показателем адиабаты и равен 1,67 для одноатомных газов, 1,4.,.1,41 для двухатомных и 1,2..,1,3 для трех- и многоатомных газов.

При изотермическом процессе т = 1.

Из условий работы поршневого компрессора видно, что процес­сы сжатия и расширения газа происходят в основном при политро­пическом процессе.

Изменение температуры газа можно определить, используя урав­нение состояния идеального газа:

р. V = R. Т,

где R - газовая постоянная;

Т - абсолютная температура газа в цилиндре в 'к.

Для политропического процесса температура после сжатия равна:

Т₂ =Т₁ (Р₂/Р₁) ^m-1/m

где Т₂ - конечная температура газа после сжатия;

. Т₁ - начальная температура газа в 'к.

Дата добавления: 2017-01-13