Тепловые двигатели и нагнетатели
Вид материала | Документы |
Основные понятия. Назначение и области применения компрессорных машин |
- Интегрированный урок «Тепловые двигатели» Цели урока, 28.56kb.
- Выбор рациональных параметров конструкции опор газотурбинных двигателей с межроторными, 218.67kb.
- Пособие по выполнению контрольных работ №1 и №2 Одобрено методической комиссией фбо, 1130.33kb.
- Учебник : С. В. Громов, Н. А. Родина 8 класс, 66.62kb.
- Совершенствование рабочего процесса дизеля с объемно-пленочным смесеобразованием при, 190.09kb.
- Конвертирование рабочего процесса транспортных двс на природный газ и водород 05. 04., 459.6kb.
- Урок по физике. 8 класс Тема: «Тепловые двигатели. Двигатель внутреннего сгорания», 113.91kb.
- Конспект урока физики в 10 классе По теме: «Тепловые двигатели и их роль в жизни человека», 37.82kb.
- Тепловые двигатели. Двигатель внутреннего сгорания, 139.75kb.
- «О структуре естественно-научного факультета», 54.97kb.
Основные понятия. Назначение и области применения компрессорных машин
Понятие о компрессорных машинах и их классификация по некоторым признакам даны в п. 1.
Основными параметрами компрессорных машин являются производительность, степень сжатия и изотермический КПД. Производительность Q — количество газа, выраженное в единицах объема, подаваемое машиной в единицу времени. Производительность компрессоров обычно выражают в единицах объема газа, приведенного к нормальным условиям (273 К и 101 325 Па). Степень сжатия t — это отношение давления рк в линии нагнетания к давлению р0 на линии всасывания. Изотермический КПД h из характеризуется отношением мощности, необходимой для сжатия газа идеальной компрессорной машиной при изотермическом процессе сжатия газа, к фактической мощности компрессорной машины.
В дополнение к классификации, приведенной в п. 1, компрессоры классифицируются по отрасли производства, для которой они предназначены (химические, энергетические, общего назначения и т. д.), по роду сжимаемого газа (воздушные, кислородные, хлорные, азотные, гелиевые и т. д.), по непосредственному назначению (пускового воздуха, тормозные и т. п.).
По конечному давлению различают:
- вакуум-компрессоры (вакуум-насосы) — машины, которые служат для отсасывания газа из пространства с давлением ниже или выше атмосферного; степень сжатия t таких машин обычно превышает 100;
- компрессоры низкого давления, предназначенные для нагнетания газа при давлении от 0,15 до 1,2 МПа;
- компрессоры среднего давления — с давлением в линии нагнетания от 1,2 до 10 МПа;
- компрессоры высокого давления — с конечным давлением от 10 до 100 МПа;
- компрессоры сверхвысокого давления, предназначенные для сжатия газа выше 100 МПа.
Компрессоры называют дожимающими, если давление всасываемого газа р0 существенно превышает атмосферное.
По способу отвода теплоты различают компрессоры с водяным и воздушным охлаждением. По типу привода — с приводом от электродвигателя, двигателя внутреннего сгорания, паровой или газовой турбины. Для удобства монтажа часто используют электродвигатели, ротор которых является валом компрессора (моноблочный принцип).
Расчет, конструирование и эксплуатация компрессора ведутся с учетом свойств газа, для сжатия которого он предназначен. Свойства сжимаемого газа определяют размеры и конструкцию главных узлов и деталей компрессора. Например, при сжатии пожароопасных газов (кислород, водород, углеводородные газы и др.) необходимо обеспечение повышенной герметичности компрессора и взрывобезопасности двигателя, систем защиты и управления. При сжатии газов, отличающихся токсичностью (оксид углерода, хлор и др.) или повышенной текучестью (гелий), главное требование — герметичность компрессора. При сжатии газов с коррозионными свойствами (сероводород, хлор и др.) необходимо применение специальных материалов для деталей газового тракта компрессора.
Некоторые газы активно вступают в химическую реакцию с минеральным маслом (например кислород), растворяют минеральное масло или смывают его с трущихся поверхностей компрессора (например углеводородные газы и их смеси), поэтому необходимо применение специальной смазки или выполнение конструкции компрессора, не требующей смазки.
Области применения компрессоров по производительности и давлению (рис. 1.7) не являются постоянными и расширяются в ходе научно-технического прогресса.
Наиболее распространены и многообразны по конструктивному выполнению, схемам и компоновкам поршневые компрессоры; их различают по устройству кривошипно-шатунного механизма (крейцкопфные и бескрейцкопфные), устройству и расположению цилиндров (простого и двойного действия, L-, У- и Ш-образные, горизонтальные и вертикальные, оппозитные, со ступенчатым поршнем и т. д.), числу ступеней сжатия. Поршневые компрессоры широко применяют в установках для получения искусственных удобрений и пластических масс, в холодильной промышленности и криогенной технике. В азотно-туковой промышленности поршневыми компрессорами сжимается азотно-водородная смесь до 25–50 МПа. В производстве полиэтилена сжатие этилена осуществляется до 200–250 МПа. В нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности поршневые компрессоры применяются в газлифтах, в процессах очистки нефтепродуктов от сернистых соединений и каталитического риформинга легких нефтепродуктов, для получения высокооктанового бензина и ароматических углеводородов. Необходимо отметить, что производительность объемных компрессоров слабо зависит от давления нагнетания.
В области средних и больших производительностей, низких и средних давлений часто используют винтовые компрессоры. Винтовые маслозаполненные компрессоры общего назначения с воздушным и водяным охлаждением и асимметричным профилем, несмотря на меньший КПД, более эффективны (по стоимости 1 м3 сжатого газа) по сравнению с поршневыми, центробежными и ротационно-пластинчатыми компрессорами в диапазоне производительностей от 10 до 50 м3/мин. Межремонтный пробег винтовых компрессоров определяется износом подшипников, срок службы которых составляет не менее 15 тыс. ч, а в отдельных случаях достигает 100 тыс. ч. Одна из особенностей винтовых компрессоров — способность сжимать двухфазные (газ жидкость) среды.
В 1980-х гг. появились данные о моноблочных воздушных одноступенчатых винтовых компрессорах, в полости сжатия которых вместо масла впрыскивается вода, что обеспечивает уплотнение зазоров, почти изотермический процесс сжатия и чистоту сжатого воздуха. Вода подается через регуляторрегулятор, и после использования легко сепарируется с повторным использованием или сбросом в канализацию. По сравнению с аналогичными по параметрам двухступенчатыми винтовыми компрессорами сухого сжатия (без применения смазывающе-уплотняющей жидкости) водозаполненные компрессоры менее металлоемки, в них отсутствуют промежуточный и конечный холодильники.
Ротационно-пластинчатые компрессоры и вакуум-насосы также достаточно широко распространены и занимают устойчивое положение в области малых производительностей. Ротационно-пластинчатые компрессоры общего назначения выпускают производительностью от 0,1 до 100 м3/мин, с абсолютным давлением всасывания от 0,01 до 0,1 МПа и давлением нагнетания: до 1,2 МПа — в одноступенчатом исполнении, ; 1,6 МПа МПа — в двухступенчатом, ; 2,5 МПа — в трехступенчатом. В указанном диапазоне параметров ротационно-пластинчатые компрессоры практически не уступают поршневым компрессорам по КПД и превосходят их в компактности, уравновешенности и надежности. В выпуске ротационно-пластинчатых компрессоров общего назначения увеличивается доля машин сухого сжатия и маслозаполненных с постепенным отказом от смазываемых компрессоров.
При откачке и сжатии различных газов и газожидкостных смесей, загрязненных механическими примесями, применяются машины жидкостно-кольцевые (в частности, водокольцевые), а также машины типа Рутс (машина с вращающимися профилированными роторами). По сравнению с машинами других типов эти машины получили наибольшее распространение в качестве вакуум-насосов производительностью от самых малых до 400 м3/мин, а машины типа Рутс — до 2000 м3/мин при абсолютном давлении всасывания от 0,02 МПа и выше.
Наиболее экономичны в области больших производительностей центробежные компрессоры общего назначения производительностью от 20 м3/мин и выше. Совершенствование конструкций центробежных машин привело к использованию их там, где традиционно применялись другие типы компрессоров. К преимуществам их относятся высокая производительность, долговечность и более высокая надежность работы, малые габариты и масса, подача газа без пульсаций давления. В настоящее время эксплуатируются центробежные компрессоры с давлением нагнетания более 100 МПа.
Осевые компрессоры характеризуются производительностью более 1000 м3/мин и относительно небольшой степенью сжатия в одной ступени (t = 10¸ 15). В большинстве случаев — это многоступенчатые машины, применяемые в авиационной, криогенной технике, в машиностроительной, газовой, химической, металлургической и др. отраслях промышленности. Современные осевые компрессоры газотурбинных установок имеют степень сжатия до 25–35 и выше. В зависимости от скорости газового потока в рабочих органах различают дозвуковые и сверхзвуковые осевые компрессоры с турбо- или электроприводом с частотой вращения 500 с–1 и выше. Осевые компрессоры стационарных установок имеют преимущество перед центробежными — более высокие КПД; однако масса и габариты их несколько выше. Стоимость крупных стационарных установок центробежных и осевых компрессоров примерно одинаковыодинакова. Однако осевые компрессоры имеют ограниченный диапазон рабочих режимов из-за помпажа, чувствительности к коррозии и эрозии.