Лекция №10

Мощность, необходимая для привода компрессора.

Механический К.П.Д.

Полная мощность, подводимая к валу компрессора, N должна быть больше Nин на величину Nт, необходимую для преодоления трения в звеньях механизма машины, и Nвен. – для привода вспомогательных механизмов компрессора.

В поршневых компрессорах Nт складывается из Nт.к. – мощность трения шеек коленчатого вала в коренных подшипниках, Nт.м. – мощности трения Мотылевых шеек коленвала в подшипниках нижних головок шатунов, N т.пал. – мощности трения поршневых или крейцкопфных пальцев в подшипниках, N т.кр. – мощности трения крейцкопфов или ползунов по их направляющим, Nт.пор. – мощности трения поршней колец о стенки цилиндров, Nт.с. – мощности трения в сальниках штоков.

В компрессорах с принудительными управлением впуском и выпуском газа в виде золотников добавляется еще мощность на преодоление трения в звеньях механизма этих органов – N т.зол.

Nт = Nт.к. + Nт.м. + Nт.пал. + Nт.кр. + Nт.пор. + Nт.пк. + Nт.зол. + Nт.с.   (1)

Компрессоры могут иметь вспомогательные механизмы, потребляющие мощность: масляные насосы для смазки механизма движения (Nм1), масляные насосы (лубрикаторы) для смазки цилиндров и сальников (Nм2). В некоторых компрессорах может быть водяной насос для системы охлаждения компрессора (Nн) и вентилятор для обдува цилиндров и холодильников (Nв).

Тогда мощность, потребления вспомогательными механизмами, будет

                                  Nвсп. = Nм1 + Nм2 + N н + N в

Полная мощность, которая должна быть подведена к валу компрессора,

                                  N = Nин + Nт + Nвсп     (2)

Nин. + Nт. = Nк – мощность, потребляемая собственно компрессором.

                                      (3)

Если для существующего компрессора по данным испытаний известны Nин. и Nк., то                           Nт. = Nк – Nин.,

а   определяется из уравнения     (3).

Величину мощности, необходимую на преодоление трения, можно получить из уравнения   (3).

В тех случаях, когда отсутствуют данные от испытаний компрессора, но имеются все данные о его конструкции и параметры режима, при котором компрессор должен работать, то Nин. определяется уравнением

или по упрощенной формуле, когда Пс = Пр., а Nтр. определяют по уравнению (1)

Отдельные составляющие правой части уравнения (1) могут быть приближенно вычислены аналитически.

При разработке нового компрессора недостаточно данных для аналитического вычисления Nт. Поэтому приходится задаваться ориентировано величиной

Для поршневых компрессоров с хорошим состоянием механизмов пр нормальной смазке и полной нагрузке величине

= 0,8 ÷ 0,95

Большое значение относятся к компрессорам большой мощности.

Уравнение (3) можно представить в виде:

                                                    (4)

По данным испытаний поршневых компрессоров известно, что Nт. мало зависит от Ец. А величина Nин. зависит от Ец. Поэтому, если в первом приближении для данного компрессора при n0=const величину Nт. принять постоянной, то из уравнения (4) следует, что величина

Испытание компрессоров с целью определения

Мощность трения зависит от температуры смазочного масла и числа оборотов. Повышение температуры масла снижает его вязrость и уменьшает работу трения. В обычных для компрессоров диапазонах температур повышение температуры масла на 100 вызывает уменьшение работы трения на 10 ÷ 15%.

При повышении числа оборотов коленвала мощность трения в различных узлах изменяется по-разному. В целом по компрессору работа трения растет приблизительно пропорционально увеличению числа оборотов в степени

1,5 ÷ 1,8.

Коэффициенты полезного действия одноступенчатого поршневого компрессора.

Коэффициенты полезного действия характеризует совершенство работы компрессора.

В зависимости то того, какой компрессор принимают за эталонный, различают Я к.п.д.

Изотермический                        

Аднабатический                       

В первом случае в качестве эталона принят компрессор без потерь, в котором происходит изотермический рабочий процесс и который по производительности и степени повышения давления равен рассматриваемому компрессору.

                                                    Nиз. = P1Vb

Во втором случае за эталон принят компрессор с аднабатическим теоретическим процессом той же производительности и степени повышения давления      

Изотермический к.п.д.

Адиабатический к.п.д.

Выразим

                                            (5)

Сомножитель       - изотермический индикаторный к.п.д.

Он учитывает совершенство термодинамического процесса сжатия и влияние газодинамических потерь в машине.

Второй сомножитель                                                                     Он отражает степень совершенства механизма движения компрессора с точки зрения энергетических затрат.

Третий сомножитель              

Итак,

По аналогии для

Коэффициент полезного действия компрессорной установки включает в себя в виде сомножителей еще к.п.д. передачи

Очень часто совершенство компрессоров, имеющих одинаковые степени повышения давления, оценивается удельными затратами мощности.

Характеристики поршневого компрессора.

Основные характеристики поршневого компрессора: V1 = f1(Е ) ; N = f2 (Е ) ;

Анализ характеристик при п0 = const даст следующие выводы:

1.              

     Это объясняется тем, что с увеличением Е уменьшаются

2.               Кривая зависимости N = f (Е) имеет максимум.

3.               Для одного и того же компрессора, работающего при одних и тех же условиях и одном и том же режиме, всегда

Поэтому сравнение разных компрессоров должно производится по одинаковым к.п.д. (

Величины

Характер изменения

     При Е=1 величина

Nтр.+Nвсп.>>0

Пока величина Е мала, Nин. немногим больше Nиз. и в уравнении для

При малых Е величина знаменателя будет большой главным образом за счет второго слагаемого.

По мере увеличения Е будет увеличиваться Nин. и Nиз., причем Nин. будет расти быстрее Nиз., т.к. Пс>1, поэтому 1-й член знаменателя будет увеличиваться. Второй же член будет уменьшаться, т.к. Nтр. + Nвсп. меняется мало. Сумма обоих членов знаменателя будут понижаться при увеличении Е до некоторой величины Е0. При Е=Е0 величина

Чем больше в данной машине величина Nтр. + N всп., тем при большей величине Е достигнет максимума

    При малых величинах Nтр. + Nвсп. она будет подниматься круче и

Характер изменения кривой

4.               При работе с малым Е поршневые машины являются неэкономичными.

5.               Наиболее экономично поршневой компрессор может работать лишь в довольно узком диапазоне значений Е. Выбор или проектирование компрессоров с запасом, производящим в действительных условиях к работе этих машин с недогрузкой, влечет за собой снижение к.п.д. компрессоров.

Многоступенчатое сжатие.

Причины перехода к многоступенчатому сжатию.

Компрессор называется многоступенчатым, если конечное давление газа в нем достигается путем последовательного сжатия газа в ряде рабочих полостей (ступеней) машины.

В многоступенчатом компрессоре процесс сжатия состоит из нескольких последовательно происходящих процессов одноступенчатого сжатия, при этом после каждой ступени газ охлаждается в холодильнике. Одноступенчатые компрессоры применяются для сжатия газов до давлений, резко превышающих 6÷7ата. Более высокие давления можно получить лишь в многоступенчатом компрессоре по следующим причинам:

1. Повышение степени повышения давления Е вызывает уменьшение коэффициента производительности

2. Процесс сжатия газа в компрессоре происходит политропически при Пс>1. Следовательно, при возрастании Е увеличивается температура нагнетаемого газа:                                        

 Увеличение температуры вызывает ухудшение условий смазки, а при сжатии кислородосодержащих газов (воздуха) может произойти взрыв паров масла. В таких машинах Е ограничена температурой вспышки смазочных масел.

3. Чем больше Е, тем больше разница между работой, соответствующей идеальному изотермическому процессу и работой действительного политропического процесса. При увеличении Е выше оптимальной падает к.п.д. к Е вышеесса. работой  между работой, соответсвующей идеальному ревышающих 6ходящих процессов омпрессора и при Е>Епр. он делается равным нулю.

4. С увеличением нагнетаемого газа возрастают поршневые усилия. Поэтому чрезмерное увеличение давления, достигаемого в одной ступени, приводит к увеличению громоздкости деталей механизма движения.

Многоступенчатое сжатие позволяет осуществлять промежуточное охлаждение газа между ступенями, что понижает температуры рабочего процесса в компрессоре и повышает экономичность работы машины, приближая процесс сжатия к изотермическому.

Рассмотрим схему многоступенчатого сжатия:

В цилиндре I-й ступени газ сжимается от давления Р1I до некоторого промежуточного давления Р2I. Затем газ поступает в промежуточный холодильник, где температура его снижается от Т2I до Т1II и направляется в цилиндр 2-й ступени.

Здесь газ сжимается еще до более высокого давления Р2II, затем проходит последовательно через холодильник 2й ступени и т.д., до тех пор, пока не достигнет необходимого конечного давления.

Промежуточные давления Р2I, Р2II, Р2i выбираются такими, чтобы степени повышения давления в ступенях ЕI, ЕII…Еi были близки к оптимальным, т.е. чтобы к.п.д. ступени был наибольшим.