Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕОРИИ РАБОТЫ ПОРШНЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ


ПРИМЕНЕНИЯ

НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫЕ КОМПРЕССОРЫ. ОБЛАСТЬ

ЛЕКЦИЯ 8 КОМПРЕССОРЫ И КОМПРЕССОРНЫЕ УСТАНОВКИ

 

В нефтяной промышленности широко распространены устройства для сжатия и перемещения газа (воздуха).

Они подразделяются на: компрессоры (имеют значение отношения давления на выкиде к давлению на входе более 1,1); б) вентиляторы (имеют значение отношения давления на выкиде к давлению на входе менее 1,1); в) вакуум – насосы (создают разряжение).

По принципу действия компрессоры подразделяются на: а) объёмные; б) турбокомпрессоры. Первые могут быть: а) поршневыми; б) роторными. Поршневые компрессоры классифицируются: а) по виду привода – газомоторные, электроприводные, пароприводные; б) по виду передающего механизма: через кривошипно – шатунный механизм, через шток без кривошипно – шатунного механизма; в) по числу ступеней сжатия: одноступенчатые, двухступенчатые, многоступенчатые; г) по расположению цилиндров: угловые, вертикальные, горизонтальные.

Турбокомпрессоры могут быть центробежными и осевыми.

По давлению все компрессоры делятся на: а) нагнетатели (давление нагнетания Р1 = 0,015 ¸ 0,2 МПа); б) низкого давления (Рн до 1,0 МПа); в) среднего давления (Рн = 1,0 ¸ 10 МПа); г) высокого давления (Рн = 10 ¸ 100 МПа).

Исполнение компрессоров может быть стационарным или передвижным.

 

Основной частью компрессора является система (рисунок 54 ) состоящая из цилиндра 1, поршня2, всасывающего 3 и нагнетательного 4 клапанов, штока 5 и кривошипно – шатунного механизма – крейцкопфа 6, шатуна 7, кривошипа 8

 

1-цилиндр; 2-поршень; 3-всасывающий клапан; 4-нагнетательный клапан; 5- шток; 6-клейцкопф; 7-шатун; 8-кривошип

Рисунок 54-Термодинамический цикл компрессора

Полный цикл работы поршневого компрессора состоит из отдельных периодов:

«4 – 1»: расширение газа, который находился в мёртвом пространстве цилиндра (пространство, ограниченное дном цилиндра и плоскостью АА); снижение Р2 до Р1, закрывается нагнетательный клапан.



«1 – 2»: всасывание (расширение газа и всасывание происходит при движении поршня от плоскости А-А до плоскости В-В при длине хода S); давление и температура не изменяются, объём изменяется от V0 до V1.

«2 - 3» сжатие рабочего агента (движение поршня от плоскости 0 – 0 до А-А); начинается, когда давление в цилиндре становится больше давления в трубопроводе; работа компрессора аналогична работе поршневого насоса с добавлением процессов расширения и сжатия газа, а это ведёт к изменению температуры; при нагнетании Р и Т не изменяются, весь газ переходит в трубопровод.

Процессы, протекающие в компрессорах, основываются на первом начале термодинамики – законе сохранения энергии

dQ = du + Adl, (18)

и на характеристическом уравнении газа (формула Клайперона):

PV = RT (19)

где P,V,T – давление, объём, температура газа: этими параметрами определяется состояние газа;

R – газовая постоянная;

R = 848 / m , (20)

где m - молекулярный вес газа;

dQ – работа перешедшая в тепло, которое может быть подведено или отведено в процессе сжатия или расширения;

du – внутренняя энергия газа, зависящая от температуры и теплоёмкости газа;

А – механический эквивалент, равный 1 /427;

dl – внешняя работа, совершаемая над газом, или работа, совершаемая газом.

Теоретический цикл работы компрессора изображён на рисунок 55.

Процесс сжатия или расширения может происходить: а) без теплообмена с окружающей средой – адиабатический б) с полным обменом и сохранением температуры газа постоянной – изотермический; в) с частичным теплообменом – политропический: отвод тепла от газа, когда он нагрет выше стенок цилиндра и частичный подвод когда – ниже.

При адиабатическом процессе Q = 0, так как тепло не подводится и не отводится. Уравнение адиабаты принимает вид:

 

P1V1к = P2V2к , (79)

 

 

1-2-всасывание; 2-3 – сжатие; 3-4- нагнетание; 4-1-расширение

Рисунок 55-Теоретияческая диаграмма идеального компрессора

Работа при адиабатическом процессе выражается формулой:

Lад = К / К – 1 (P2V2 - P1V1) , (80)

где К – показатель адиабаты (К = Ср / Сv);

Ср – теплоёмкость при постоянном давлении;

Сv – теплоёмкость газа при постоянном объёме (для воздуха К = 0,41);

P2V2 и P1V1 – давления и объёмы в начале и конце сжатия.

При изотермическом процессе Т = const, du = 0.

dQ = Adl , (21)

или Q = AL , (22)

Уравнение изотермы

P1V1 = P2V2 (23)

Работа при изотермическом процессе

Lиз = 2,3 P1V1lg P2 / P1 , (24)

При политропическом процессе

P1V1m = P2V2m, (25)

Работа

Lпол = (m / m – 1) P1V1[(P2 / P1)m-1/m - 1], (26)

Где m - показатель политропы.

При m = 1 – изотерма, при m = К – адиабата.

В идеальном цикле (рис. 55) не учитывается вредное пространство, затраты энергии на преодоление сопротивления в клапанах, не постоянен тепловой режим, нет потерь на трение.

Работа сжатия от давления всасывания Р1 до давления нагнетания Р2 описывается площадью индикаторной диаграммы 1 – 2 – 3 – 4.

 

Рисунок 56- Диаграмма реального компрессора

В реальном компрессоре (рис. 56) процесс сжатия соответствует линии 2 – 3. Холодный газ нагревается от горячего цилиндра (привод тепла) и политропа отклоняется вправо от идеальной (изображена пунктиром). В конце процесса температура повышается и становится больше температуры цилиндров (отвод тепла): политропа отклоняется влево. В начале цикла сжатия давление в цилиндре меньше, чем во всасывающей линии из – за сопротивления во всасывающем клапане. (точка 2).

В конце цикла сжатия (точка 3) выше из – за сопротивлений в нагнетательном клапане (пружины).

Линия 3 – 4 изображает процесс нагнетания. Точка 4 выше идеальной ввиду сопротивления потоку газа в клапане, волнистость линии – неравномерность подачи.

Линия 4 – 1 – процесс расширения газа, оставшегося в мёртвом пространстве (от Р2² до Р4 – снижение давления), в конце процесса открывается всасывающий клапан. В конце процесса Р в цилиндре будет ниже, чем во всасывающем трубопроводе.



Линия 1 – 2 – всасывание газа. Сопротивление в клапанах и неравномерность подачи также описывается волнистой линией.

При степенях сжатия свыше 6 в цилиндре развивается температура Т свыше 473°К, что ведёт к разложению смазки, образованию нагара и взрывам. Поэтому поднимать степень сжатия свыше 6 не рекомендуется.

Во избежании указанных явлений степень сжатия в цилиндре выбирают такой, чтобы Т < 180° (степень сжатия 4,8), а высокие давления получают путём многоступенчатого сжатия. Схема трёхступенчатого сжатия приводится на рисунке 57

 

1 – цилиндр низкого давления; 2 – холодильник; 3 – цилиндр высокого давления; 4 – холодильник.

Рисунок 58- Схема многоступенчатого сжатия

Газ поступает в цилиндр низкого давления 1 с параметрами Р0Т1 и компенсируется до Р1Т2. затем охлаждается в холодильнике 2 до Р1Т1 и поступает во II ступень цилиндра высокого давления 3, где получается Р2Т2 и направляется в холодильник 4. Здесь газ охлаждается до Р2Т1 и поступает в III ступень цилиндра высокого давления 4. Здесь газ приобретает Р3Т2 и поступает в сеть.

Индикаторная диаграмма трёхступенчатого компрессора может быть выражена графиком, изображённым на рисунок 59.

 

Рисунок 59-Индикаторная диаграмма трёхступенчатого компрессора

В I ступени газ сжимается от Р0 до Р1, во II ступени – от Р1 до Р2, в третьей – от Р2 до Р3.

Газ поступая из первой ступени в холодильник, охлаждается до температуры всасывания Т1 и его состояние соответствует сжатию его в первой ступени по изотермическому процессу.

Сжатие во II ступени начинается с точки В1 и идёт по политропе до точки С2. Объём газа, поступающего во II ступень меньше, чем в I.

Газ под давлением Р2 поступает в холодильник, где охлаждается до первоначальной температуры Т1 и поступает на приём III ступени по политропе В2С3.

Если бы процесс сжатия происходил в одной ступени, то индикаторная диаграмма описывалась бы фигурой А0ВСД3А0.

Объём газа в конце ступени V1 будет соответствовать прямой С1Д1. При охлаждении объём газа станет:

V1 = V1¢ ×T1 / T2 , (27)

где Т1 – температура первоначальная;

Т2 – температура после I ступени.

Во II ступень поступает V1, которому будет соответствовать на графике прямая А2В1. После сжатия объём газа примет объём V2¢ (прямая С2Д2), а после холодильника V2<V2¢ (V2¢ соответствует прямой В2С3) в трубопровод.

Из полученной площади диаграммы, ограниченной линией ВС1В1С2 В2С3 следует, что в результате ступенчатого сжатия уменьшается величина затраченной работы. Заштрихованная часть есть выигрыш в работе при трёхступенчатом сжатии. Кривая ВВ1В2В3 характеризует изотермический процесс.

 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
ВИБРООБРАБОТКА ЗАБОЯ СКВАЖИН | Основные детали компрессора

Дата добавления: 2014-01-04; Просмотров: 682; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


Рекомендуемые страницы:

Читайте также:
studopedia.su - Студопедия (2013 - 2021) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление
Генерация страницы за: 0.006 сек.