1 Роль енергії в розвитку людства і енергетичні ресурси світу

Скачати 484.86 Kb.

Назва	1 Роль енергії в розвитку людства і енергетичні ресурси світу
Сторінка	3/3
Дата	17.03.2013
Розмір	484.86 Kb.
Тип	Документи

bibl.com.ua > Фізика > Документи

1 2 3

4.1.2. Адіабатичний і політропний коефіцієнти корисної дії

Адіабатичний ККД можна розрахувати, порівнюючи отриманий тиск з відповідним підвищенням температури. Прирівнявши вирази (4.7) і (4.9), отримаємо:

Рівняння (4.10) показує, що при будь-яких значеннях

менших 100%,

рівняння (4.2) і (4.3) вже не справедливі. Фактично вони дійсні тільки для політропного стиснення і повинні бути скоректовані з урахуванням реальних умов політропного стиснення.

Перевага у використанні політропного ККД полягає в тому, що він залишається постійним для даного компресора, не залежно від властивостей газу або ступеня стиснення. Наприклад, за даними фірми «Елліот», політропний ККД багатоступінчатих компресорів цієї фірми має значення 76 - 78%.

Знаючи номінальні значення політропного ККД і підставляючи його в рівняння (4.11) та (4.10), можна обчислити адіабатичний ККД:

Для будь-якого компресора адіабатичний ККД завжди буде менший політропного. Згідно з розрахунками, адіабатичний ККД компресора з адіабатичним стисненням повітря

при ступені стиснення, рівному 5, і

складає

72,7%. Збільшення ступеня стиснення і відношення питомих теплоємностей призводить до зниження адіабатичного ККД.

Політропний тиск може бути розрахований по адіабатичному тиску і двом ККД

13. Характеристики поршневих компресорів.

В поршневому насосі чи компресорі з кожним обертом валу поршень проходить хід, описуючи певний об'єм (робочий об'єм циліндра) від всмоктуючого до нагнітаючого отвору. Однак не весь внутрішній об'єм циліндра є робочим, через те що існує так званий - шкідливий простір, з якого газ не витісняється поршнем. На рис.4.3 показаний один циліндр поршневого компресора, з'єднаний через клапан з всмоктуючою і нагнітальною лінією, тиски в яких рівні р₁і р₂. Поршень зображений в нижній мертвій точці, коли весь об'єм циліндра V1 заповнений газом при умовах всмоктування р₁ Т1.

При русі поршня вверх об'єм зменшується до V₂, при якому тиск газу буде рівний тиску р₂в нагнітальному трубопроводі. Тільки після цього почнеться виштовхування газу. З рівності (4.2) одержимо:

При переміщенні в верхню мертву точку поршень описує об'єм V_D, залишаючи шкідливий простір Vс. Реальний об'єм газу, який нагнітається за один хід поршня, V₂-V_с. Об'ємний к.к.д. компресора являє собою відношення об'єму нагнітаючого газу, приведеного до умов всмоктування, до робочого об'єму циліндра:

¹ Компресорфос.-компресор, англ.-compressor, тм.-kompressor) - машина для стискування повітря або іншого газу
до надлишкового тиску не нижче 0,2МПа, компресії і переміщення газів під тиском.

² Ежектор(англ.-е/ес/ог, нім.-ejektor) - струминний насос для відсмоктування (при значному розрідженні) рідин,
газів, пари або сипких мас за рахунок передачі кінетичної енергії від робочого середовища (що рухається) до
відсмоктувального. Дія ежектора ґрунтується на розрідженні, що створюється у ньому струминою іншої рідини
(пари, газу), котра швидко рухається.

Рис. 4.3. Поршневий компресор.

При положенні поршня в нижній мертвій точці газ стискається до тиску р₂, після чого поршень переміщається в верхню мертву точку, залишаючи шкідливий простір V2 і починається виштовхування газу.

Змінюючи V₂згідно рівняння (4.16) і V\ на V_c-V_Dодержимо залежність об'ємного к.к.д. від степеня стиску і відношення об'єму шкідливого простору до робочого об'єму циліндра:

Відношення Vс/VDможна розглядати як процентне відношення об'єму шкідливого простору. Згідно Евансу [2], фактичні значення об'ємного к.к.д. будуть на 2-5% нижче теоретичних для компресорів з мастилом, і на 4-10% для конструкцій, в яких мастило не передбачено, через втрати на вході і виході. Об'ємний к.к.д. безпосередньо не впливає на механічний чи робочий к.к.д. компресора - він характеризує тільки фактично використаний об'єм, порівняно з номінальним робочим об'ємом циліндра. Багато поршневих компресорів мають "порожнини шкідливого простору", які можуть автоматично відкриватися з метою зміни об'ємного к.к.д., а отже, і витрату виштовхувального газу. Теоретично відкриття цих порожнин не знижує значення робочого к.к.д..

Об'ємна витрата, приведена до умови всмоктування, рівна виробленню робочого об'єму циліндра, об'ємного к.к.д. і частоти обертів. Таким чином, графік залежності об'ємного к.к.д. від степеня стиску еквівалентний графіку залежності об'ємної витрати від степеня стиску при даній частоті обертів. На рис. 4.4, ілюструється вплив ступеня стиску і шкідливого простору на роботу компресора.В доповненні до порожнин шкідливого простору всмоктуючі клапани можуть бути автоматично "розвантажені", відкритими протягом всього робочого циклу.

Рис. 4.4. Графік впливу порожнини шкідливого простору на об'ємний к.к.д.

Це повністю виводить циліндр з робочого стану, без зупинки валу компресора. Деякі втрати при цьому обумовлені тим, що потік проходить через всмоктуючий клапан в обох напрямках. Однак, при короткочасних періодах регулювання, такий спосіб дозволяє уникнути втрат енергії і зносу компресора, які пов'язані з його запуском і зупинкою. Розвантажувальні пристрої використовуються в одноступінчатих компресорах, забезпечуючи двохпозиційне регулювання між двома межами значення тиску. При паралельній роботі декількох циліндрів, ці дозволяють регулювати продуктивність компресора, але без додаткового впливу на ступінь стиску.

Як розвантажувальні пристрої, так і порожнини шкідливого простору здійснюють ступеневе регулювання продуктивності. Якщо необхідно забезпечити постійний тиск чи витрату, то слід регулювати інші параметри. Найбільш бажано регулювати частоту обертів, але це можливо тільки при використанні для приводу компресора парових двигунів, двигунів внутрішнього згоряння чи турбін. Для компресорних установок електроприводи з регульованою частотою обертів надто дорогі. Слід уникати використання дросельних клапанів на всмоктуючих чи нагнітаючих лініях поршневих компресорів: закритий клапан може викликати аварію. Замість цього для регулювання тиску всмоктування, тиск нагнітання чи витрати, частина нагнітаючого потоку звично повертається в всмоктуючу лінію. Рециркуляційний потік повинен пройти через проміжний охолоджувач; якщо теплоту стиску не відводити до повернення газу в компресор, то температура рециркуляційного потоку буде неперервно зростати, що може привести до аварії. Тому рекомендується застосовувати клапан з лінійною характеристикою.

14. Характеристики турбокомпресорів.

Турбокомпресори є динамічними машинами, які створюють напір шляхом передачі кількості рухів рухомої крильчатки газу. Відомі два основних типи турбокомпресорів: відцентрові і осьові. Відцентровий компресор працює практично так само як і відцентровий насос, в якому рідина відкидається в радіальному напрямку до стінки корпуса, звідки відводиться назовні. Осьовий компресор переміщає газ в напрямку, паралельному валу, через ряд турбінних лопаток, як і в реактивному двигуні. Як видно з рисунків 4.5 і 4.6, компресори цих двох типів мають суттєво різні характеристики витрати.

Відцентрові компресори найкраще використовувати в тих випадках, коли необхідний постійний напір, в той час як осьові компресори більш придатні для підтримки постійної витрати при змінному тиску. Діапазон витрат відцентрового компресора ширший, ніж осьового, але робочі характеристики обох обмежені зоною нестійкої роботи, яка наступає при пониженні витрати.

На границі цієї зони характеристика турбокомпресора тиск - витрата міняє нахил і стає характеристикою нестійкої роботи. По мірі зменшення витрати тиску напір падає, що викликає подальше зниження витрати і тиску. Коли тиск стає нижче тиску в нагнітальному трубопроводі, відбувається миттєва зміна напрямку потоків, і тиск в нагнітальному трубопроводі починає падати. Це викликає потребу в збільшенні витрати, яке знову призводить до зменшення напрямку потоку. Такі коливання будуть продовжуватися доти, доки не буде прикладенорегулюючу дію, яка виведе компресор з зони нестійкої роботи, або доки не виникне аварія.

Рис.4.5. Характеристики напір - витрата відцентрового компресора

Рис.4.6. Характеристики напір - витрата осьового компресора

Щоб компресор працював не в зоні "помпажу", необхідно забезпечити достатньо велику витрату навіть при низькій витраті газу. Цю витрату можна забезпечити шляхом повторної подачі охолодженого стиснутого газу в лінію всмоктування через пропускний всмоктуючий клапан. В повітряному компресорі, який всмоктує атмосферне повітря, надлишок витрати стиснутого повітря можна викидати прямо в атмосферу. Однак рециркуляція і викид ватмосферу пов'язані з втратами енергії, тому слід максимально обмежити таке регулювання.

Привід з регулюючою частотою обертів значно розширяє робочий діапазон компресора, і такий привід слід використовувати, якщо відомо, що умови роботи будуть змінюватися в широких межах. В загальному, при заданому тиску витрата змінюється лінійно в залежності від частоти обертів. Однак при турбулентному режимі тиск пропорційний квадрату витрати, а значить квадрату частоти обертів. Ця залежність обмежує можливість зниження частоти обертів компресорів на 20 чи 30% від верхнього значення.

Коли б адіабатичний к.к.д. компресора був постійним, то потужність була б пропорційна приведеній витраті і тиску. З врахуванням вище вказаних залежностей витрати і тиску від частоти обертів потужність в цьому випадку має бути пропорційна кубічній частоті обертів. Однак згідно рівняння (4.12), адіабатичний к.к.д. дещо зменшується при підвищенні ступеня стиску, і спотворює кубічну залежність. Фактично потужність, яка споживається, залежить від характеру технологічного процесу і потреб для його регулювання, наприклад, підтримка постійного тиску, постійної витрати чи комбінації цих двох параметрів. Якщо частота обертів не регулюється, то застосовується дроселювання всмоктуючого потоку, з допомогою вхідних направляючих лопаток. Лопатки не тільки знижують тиск всмоктування, а значить, витрату і (чи) тиск нагнітання, але і повідомляють обертальний рух газовому потоку. Простий всмоктуючий клапан цього не забезпечує і, значить, не є таким ефективним дросельним пристроєм. Характеристики відцентрового компресора з постійною частотою обертів і регулюючими направляючими лопатками подано на рис.4.7. Еванс [2(с.59)] вказує, що відцентровий компресор, який регулюється шляхом дроселювання потоку з допомогою направляючого апарату, при 70% витраті споживає близько 72% потужності, в той час коли при дроселюванні потоку в всмоктуючому клапані потрібно близько 75% потужності. В свою чергу при регулюванні частоти обертів потрібно всього лише 68% потужності при тій же загрузці.

Рис.4.7. Характеристика напір - регулювання відцентрового компресора.

При порівняння кривих, показаних на рис.4.5 і 4.7, бачимо, що регулювання з допомогою направляючих лопаток, розширює діапазон витрат в порівнянні з регулюванням частоти обертів. Однак на практиці робочий діапазон залежить також від параметрів технологічного процесу. Регулювання частоти обертів вважають кращим з точки зору економії енергії при понижених загрузках, а дроселювання з допомогою направляючих апаратів може розглядатися як можливий варіант.

Осьові компресори виготовляються з регулюючими направляючими лопатками статора, розміщеними між рядами лопаток ротора [4]. Вони дозволяють практично вдвічі зменшити робочі параметри, які досягаються тільки шляхом регулювання частоти обертів. При зменшенні кута встановлення лопаток статора границя "помпажу" зсувається до менших значень витрати і тиску майже так, як і при використанні направляючих лопаток відцентрового компресора.

Дроселювання всмоктуючого потоку зменшує витрату завдяки зменшенню тиску всмоктування. Слід зауважити, що по осі абсцис графіка характеристик компресора відкладена об'ємна витрата, приведена до умов всмоктування. Закриття всмоктуючого клапану не змінює об'ємну витрату на вході, але буде зменшувати витрату стиснутого потоку.

Розглянемо роботу компресора (рис.4.7) на лінії "помпажу" при куті встановлення лопаток 30° : підвищення тиску складає 82,6%, а об'ємна витрата 37,7%. За цих умов ступінь стиску буде рівний:

де: рr-розрахункове підвищення тиску для даної машини.

Якщо б замість цього використовувалось дроселювання з допомогою всмоктую- чого клапану, то характеристика компресора була б представлена однією кривою, відповідному куту встановлення лопаток 90°. Мінімальна витрата на цій кривій досягається при розрахунковому підвищенні тиску до 104%, так що:

де: р_s-тисквсмоктування за дросельним вентилем.

Тиск всмоктування, відповідно підвищенню тиску до 82,6%, можна знайти шляхом прирівнювання двох останніх нерівностей:

Тоді мінімальна витрата при дроселюванні всмоктуючого потоку, віднесена до номінального тиску на вході, р1 складе:

Для компресора, характеристика якого приведена на рис.4.7, розрахункові значення тиску всмоктування і нагнітання складають 0,083 і 0,128 МПавідповідно. Таким чином маємо:

Тоді:

Цей приклад показує, що дроселювання з допомогою всмоктуючого клапана не дозволяє розширити робочий діапазон в тій мірі, в якій це можливо при регулюванні з допомогою направляючих лопаток. Дроселювання з допомогою нагнітаючого клапану взагалі не дозволяє відхилитися від кривої максимальної продуктивності. Таким чином мінімально можлива витрата у вказаному прикладі складе 50%, в той час коли при дроселюванні з допомогою всмоктуючого клапану вона буде рівна 46,3%, а при дроселюванні з допомогою направляючого пристрою 37,7%. Більше того, втрата потужності при дроселюванні нагнітаючого потоку вище, ніж при всіх інших способах регулювання. Тому дроселювання на виході рідко використовується для регулювання компресорів.

1 2 3

Схожі:

Закони Кірхгофа Одержання, передача і розподіл електричної енергії, перетворення її в інші види енергії зв'язано з явищем електричного струму. Ці...	Бесіда Вогонь друг і ворог Мета: визначити роль вогню у забезпеченні виживання та розвитку людства. Вогонь як символ. Сучасні напрямки використання теплової...
ЖИТТЯ ЛЮДЕЙ ЗА ПЕРВІСНИХ ЧАСІВ Періодизація історії людства. Своєрідність епохи стародавнього світу як першого періоду в історії людства. Історичні джерела. Відлік...	Рекреаційні ресурси світу Рекреаційні ресурси це сукупність об'єктів і явища природного і антропогенного походження, що сприяють відпочинку, оздоровленню та...
Уроки розвитку мовлення Вступ. Література і фольклор — скарбниця духовних багатств людства. Роль книги в сучасному житті. ТЛ. Світова література	З досвіду роботи вчителя німецької мови колегіуму «Берегиня» Симоненко І. М Письмо є потужним фактором прискореного розвитку людства, тому йому належить визначна роль на зламі тисячоліть створювати та зберігати...
1. Грунтові ресурси світу. Грунтові ресурси України Тема Фітоценоз як компонент біогеоценозу Грунт — основний компонент наземних екосистем, що утворився протягом геологічних епох в результаті постійної взаємодії біотичних...	Пресове повідомлення для негайного поміщення Мюнхені, в одній з найважливіших культурних і наукових метрополій світу. Тим самим постає питання, яку роль відіграє Університет...
Етапи історичного розвитку управління персоналом Розкрийте сутність понять: "управління персоналом", "трудові ресурси", "трудовий колектив", "персонал", "кадри", "людські ресурси",...	Тема: Глобальні проблеми людства Нанесіть на контурну карту світу основні райони, де продовжується зростання площі пустель

Додайте кнопку на своєму сайті:
Портал навчання