Компрессоры

Компрессоры – это машины, предназначенные для повышения давления газов и паров. В зависимости от условий теплообмена процесс сжатия в компрессоре может протекать по изотерме, адиабате и политропе с показателем (рис. 10.1).

Рис. 10.1. Процессы сжатия газа в компрессоре:

(1-2’”) – изотермический, ;

(1-2”) – политропный, ;

(1-2) – адиабатический,

Основной характеристикой компрессора является степень повышения давления в процессе сжатия

. (10.1)

Работа, расходуемая на сжатие 1 кг газа в компрессоре, равна по модулю внешней работе процесса сжатия , и в зависимости от характера процесса сжатия определяется следующим образом:

– для изотермического процесса

, (10.2)

– для адиабатического процесса

, (10.3)

– для политропного процесса

(10.4)

Теоретическая мощность, затрачиваемая на привод компрессора, находится как

, (10.5)

где – массовый расход газа;

– объемный расход газа при давлении р ₁ и температуре Т ₁.

Удельное количество теплоты, отводимое от цилиндра компрессора в процессе сжатия ():

– для изотермического процесса

, (10.6)

– для политропного процесса

(10.7)

– для адиабатного процесса

. (10.8)

Для уменьшения температуры Т ₂ в конце процесса процесс сжатия осуществляют ступенчато, охлаждая газ после сжатия в каждой ступени в промежуточном холодильнике до первоначальной температуры (рис. 10.2, 10.3).

Минимальные затраты энергии на сжатие газа в многоступенчатом компрессоре имеют место при одинаковых степенях повышения давления во всех ступенях

.

При этом степень повышения давления в одной ступени х будет связана с полной степенью повышения давления соотношением

, (10.9)

где m – число ступеней компрессора;

р _к – давление газа на выходе из последней ступени компрессора.

В этом случае удельная работа, затрачиваемая на сжатие газа в каждой ступени, будет одинакова, и суммарная удельная работа компрессора найдется как

, (10.10)

где – работа, затрачиваемая на сжатие газа в одной ступени.

Рис. 10.2. Схема трехступенчатого компрессора

Рис. 10.3. Термодинамические процессы в трехступенчатом компрессоре:

(1–2), (3–4), (5–6) – политропное сжатие в ступенях компрессора;

(2–3), (4–5) – изобарное охлаждение в промежуточных холодильниках

Удельное количество теплоты, отводимое от многоступенчатого компрессора

, (10.11)

где – количество теплоты, отводимое от газа в одной ступени;

– количество теплоты, отводимое от газа в промежуточном холодильнике в изобарном процессе.

Расход охлаждающей воды через промежуточный холодильник можно найти, зная перепад температур воды на входе и выходе из теплообменного аппарата :

, (10.12)

где – полное количество теплоты, отводимое водой в холодильнике;

– теплоемкость воды.

Задачи

1. В одноступенчатом компрессоре воздух сжимается от давления р ₁ = 1 ат до давления р ₂ = 2, 8 ат. Температура воздуха на входе в компрессор t ₁ = 17 ^оС. Определить параметры воздуха в начале и в конце процесса сжатия, затраченную на сжатие работу и количество отведенной теплоты при:

а) изотермическом сжатии;

б) политропном сжатии (n = 1, 25);

в) адиабатном сжатии.