Основные характеристики
Основными характеристиками компрессорных машин являются: производительность (объемный расход всасываемого газа), степень сжатия b, мощность на валу компрессора Nв.
Степенью сжатия b называется отношение конечного давления p2, создаваемого компрессорной машиной, к начальному давлению p1, при котором происходит всасывание газа .
В зависимости от степени сжатия различают следующие типы компрессорных машин:
1) компрессоры (b > 3,0) – для создания высоких давлений;
2) газодувки (1,1 < b < 3,0) – для перемещения газов при относительно высоком сопротивлении газопроводящей сети;
3) вентиляторы (b < 1,1) – для перемещения газов при низком гидравлическом сопротивлении сети.
Поскольку в вентиляторах степень сжатия b мала, изменением плотности газа можно пренебречь. В зависимости от величины абсолютного давления компрессорные машины делятся на вакуумные (начальное давление ниже атмосферного), их еще называют вакуумными насосами; низкого давления (конечное давление газа менее 1.0 МПа), высокого ( конечное давление 1.0 - 100 МПа) и сверхвысокого (конечное давление свыше 100 МПа).
По способу сжатия газа компрессорные машины подразделяются на две группы: объемные и динамические.
В объемных компрессорах процесс сжатия газа происходит при периодическом изменении объема, занимаемого газом. В конструктивном отношении их подразделяют на поршневые и роторные.
В динамических компрессорах процесс сжатия происходит под действием непрерывного создания ускорений в движущемся потоке газа. Конструктивно их делят на центробежные и осевые.
Процессы сжатия газов. (Термодинамические основы). Конечное давление газа при сжатии зависит от условий теплообмена газа с окружающей средой. Теоретически возможны два предельных случая сжатия:
1) все выделяющееся при сжатии тепло полностью отводится и температура газа при сжатии остается неизменной – изотермический процесс;
2) теплообмен газа с окружающей средой полностью отсутствует и все выделяющееся при сжатии тепло затрачивается на повышение внутренней энергии газа, повышая его температуру – адиабатный процесс.
В действительности сжатие газа лишь в большей или меньшей степени приближается к одному из этих теоретических процессов. При сжатии газа наряду с изменением его объема и давления происходит изменение температуры и одновременно часть выделяющегося тепла отводится в окружающую среду. Такой процесс сжатия называется политропным.
Для идеальных газов, подчиняющихся уравнению состояния Менделеева - Клапейрона,
. (8.42)
Вышеперечисленные процессы описываются следующими уравнении-ями:
- изотермический: ; (8.43)
- адиабатный: ; (8.44)
- политропный: , (8.45)
где u – удельный объем , - показатель адиабаты, m – показатель политропы, - мольная масса, R – универсальная газовая постоянная.
Найдем удельную работу сжатия газа в изотермическом процессе , отнесенную к единице массы. При изотермическом процессе температура системы, а следовательно, и ее внутренняя энергия остаются неизменными. Тогда из первого закона термодинамики для покоящейся среды будем иметь
, ® , (8.46)
т.е. вся энергия, подводимая к системе в форме работы сжатия, должна отводиться от нее в форме тепла. Полагая работу сжатия положительной, определим её как
. (8.47)
Выразив р из уравнения Менделеева-Клапейрона и проинтегриро-вав (8.47) определим работу сжатия в изотермическом процессе:
(8.48)
или, использовав (8.42) и (8.43), получим
. (8.49)
При адиабатном процессе, как это следует из первого закона термодинамики, вся работа сжатия идет на увеличение внутренней энергии системы
, . (8.50)
Проинтегрировав при постоянной изохорной теплоемкости Сv = const, получим
. (8.51)
Выразив Т2 и Т1 из уравнения (8.42), а также воспользовавшись (8.44), получим
(8.52)
или, учитывая, что для идеального газа ,
. (8.53)
Выражение для работы сжатия газа при политропном процессе будет иметь аналогичный вид:
. (8.54)
Проанализировав соотношения (8.49), (8.53) и (8.54) с учетом того, что показатель адиабаты для газов имеет величину около k = 1,3, а показатель политропы 1< m <k, можно сделать вывод, что наибольшая работа сжатия наблюдается в изотермическом процессе, а наимень-
шая – в адиабатном.
При давлениях на выходе из компрессора более 10 МПа следует пользоваться уравнением состояния реального газа
, (8.42а)
где z – коэффициент сжимаемости.
Теоретическая мощность Nт (Вт), затрачиваемая на сжатие газа компрессором, определяется по уравнению
, (8.55)
где G= r – массовая производительность компрессора, кг/с; A¢K – теоретическая работа, затрачиваемая компрессором на сжатие 1 кг газа, Дж/кг.
Дата добавления: 2018-05-10; просмотров: 498;