Многоступенчатые поршневые компрессоры | Балев Владимир Николаевич. Работа №316341
Поршневые многоступенчатые компрессоры часто используются для заполнения емкостей различного объема. В этом случае имеет место переменный режим работы, т.е. компрессор работает при переменном давлении нагнетания. В статье дано описание математической модели работы поршневого многоступенчатого компрессора в режиме наполнения емкости с учетом последовательного нагружения ступеней. Модель позволяет учесть влияние переменного давления нагнетания на изменение промежуточных межступенчатых давлений, степени повышения давлений по ступеням, коэффициенты подачи ступеней компрессора и затрачиваемую мощность. Дана блок-схема алгоритма расчета, на основании которой разработана программа на языке программирования Delphi. Приведены результаты расчета времени наполнения емкости до заданного давления и результаты эксперимента, подтверждающие адекватность разработанной расчетной модели. Методика расчета может быть использована также для определения времени перекачки газа из одной емкости в другую.
Тема: 3.3.1. Процессы идеального многоступенчатого поршневого компрессора.
Компре́ссор (от лат. compressio — сжатие) — энергетическая машина или техническое устройство для повышения давления и перемещения газа или их смесей
Предполагается, что идеальном поршневом компрессоре все процессы являются равновесными. Необходимость такой идеализации объясняется тем, что только paвновecыe состояния и процессы могут быть подвергнуты термодинамическим исследованиям.
Идеальный поршневой компрессор должен удовлетворять еще одному ссловию: в нем отсутствует так называемое вредное пространство, т. е. пространство, образуемое внутри цилиндра: между его крышкой и порщнем в крайнем верхнем.
В реально существующих поршневых компрессорах поршень не может подходить к крышке цилиндравплотную, поэтому в конце процесса нагнетания во вредном пространстве остается сжатый газ. Вследствие этого при движении поршня вниз впуск свежей порции газа в цилиндр может начаться только после того, как оставшийся во вредном пространстве газ расширится до давления всасывания. При этом часть хода поршня при всасывании не используется: и подача сжатого воздуха компрессором уменьшается. Чем меньше вредное пространство, тем меньше остается в цилиндре сжатого газа, тем быстрее при движении ПОРШНЯ вниз давление понижается до давления всасывания и тем раньше начинается впуск, газа.
Когда нужно получить газ давлением больше 0,4 МПа при начальном давлении 0,1 МПа, применяют многоступенчатые компресосоры, в которых процесс сжатия протекает последовательно в нескольких ступенях. Газ, сжатый в первой ступени компрессора, пропускают через промежуточный холодильник, где температура его понижается при постоянном давлении приблизительно до температуры Т 1 при вступлении в первую ступень. Охлажденный таким способом газ подвергают дальнейшему сжатию в следующей ступени компресосора, после, чего он может быть охлажден снова и т.д. Для практических целей достаточно иметь двух- или трехступенчатый компрессор.
Двухступенчатый поршневой воздушный компрессор, схематически изображенный на рис. 9.6 состоит из двух ЦИЛИНДРОВ 1 и 2 с поршнями 3 и 4, получающими движение от коленчатого вала через шатуны 5 и 6, и промежуточного холодильника 7 для воздуха. При движении поршня 3 вниз атмосферный воздух при давлении Рl = 0,1 МПа поступает через всасывающий клапан 9 в цилиндр низкого давления (ц.н.д.) 1. При движении поршня вверх воздух в ц.н.д. сжимается до давления р2 с повышением его температуры. Сжатый воздух через нагнетательный клапан 10 поступает в холодильник 7 со змеевиком 8, через который насосом прокачивается охлаждающая вода. В холодильнике температура воздуха понижается примерно до температуры начала сжатия в ц.н.д. При движении поршня 4 вниз охлажденный в холодильнике воздух через впускной клапан 11 поступает в цилиндр высокого давления (ц. в. д.), где при движении поршня 4 вверх сжимается до давления Р3 после чего вытесняется из цилиндра через нагнетательный клапан 12 в нагнетательный трубопровод.
В трехступенчатом компрессоре газ сжимается последовательно в трех цилиндрах: сначала в ц.н.д., затем в цилиндре среднего давления (ц. с. д.) и, наконец, в ц.в.д. В промежуточных холодильниках, устанавливаемых между ц.н.д. и ц.с.д., а также между ц.с.д. и ц.в.д., газ охлаждается примерно до первоначальной температуры, т. е. до температуры начала сжатия в ц.н.д.
Индикаторная диаграмма идеального двухступенчатого компрессора изображена на рис. 9.7. Здесь О-1 - линия всасывания газа в Ц.Н.д., а точка 1 соответствует нижнему положению поршня 3. При этом положении поршня давление газа Р1' а температура T1 Процесс сжатия газа в ц.н.д. изображается линией 1-2, которая в общем случае является политропой. В конце сжатия давление газа Р2 и температура Т2 . Линия 2-3, параллельная оси объемов,- процесс нагнетания газа из ц.н.д. в холодильник (при достаточно больших размерах холодильника указанный процесс в действительности происходит при почти постоянном давлении). Газ, охлажденный в холодильнике до температуры Т 3= T1, при том же давлении Р2 поступает в ц.в.д. (линия 3-4). Точка 4 должна лежать левее точки 2, так как объем газа при изобарном охлаждении уменьшается. В точке 4, соответствующей нижнему положению поршня ц.в.д., rаз имеет давленеие p2 и температуру ТЗ = Т1. Политропа 4-5- процесс сжатия в ц.в.Д., причем в точке 5 газ имеет давление Рз и температуру Т4 , линия 5-6 - процесс нагнетания газа из ц.в.д. в нагнетательный трубопровод.
Необходимое число ступеней компрессора устанавливают в зависимости от допустимой температуры газа в конце сжатия в каждой ступени: она должна быть ниже температуры самовоспламенения масла, которым смазываются стенки цилиндров компрессора. При этом полагают, что температуры газа в начале и в конце сжатия во всех цилиндрах одинаковы (например, для двухступенчатого компрессора T1 = Тз и Т 2 = Т4. Равенства этих температур обеспечивают и одинаковые степени повышения давлений в каждой ступени.
Выгодность применения многоступенчатых компрессров заключается также и в том, что при одинаковых начальном и конечном давлениях сжимаемого газа и одинаковых его объемных подачах мощность, необходимая для сжатия газа в таких компрессорах. Меньше, чем в одноступенчатом компрессоре.
Литература :В.А. Кузовлев ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА И ОСНОВЫ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ Глава9 стр. 122—125
