ст. = 1,013*105 Па, T0 = 273 К. Теплоемкость охлаждающей воды равна cpв = 4,19 кДж/(кг K).
1.Для изотермического сжатия удельное количество работы равно (2)2. Мощность N, затрачиваемая на сжатие G кг/с газа, равна (3)3.Вся энергия, подводимая в форме работы, в этом случае отводится в виде теплоты: 4. Расход охлаждающей воды равен.
Изотермический процесс показан на рис. 2.
1.Рис.
2.1Tsдиаграмма изотермического процесса 2.1Неохлаждаемый компрессор
Имеем адиабатный процесс1. Температура в конце сжатия2. Начальный удельный объем воздуха по уравнению Клапейрона:
1 Бaр = 105 Пa3. Удельное количество работыравно4. Мощность, затрачиваемая на привод компрессора.
По формуле (9) определяется температура в конце сжатия, по формулам (5,6) рассчитываются удельное количество работы, и мощность, на привод компрессора. Диаграмма адиабатного процесса показана на рис.
2.2Рис.
2.2Tsдиаграмма адиабатного процесса 2.3 Многоступенчатый компрессор
Процессы сжатия в степенях считаем адиабатными.
1) Предварительно определяется степень повышения давления в каждой ступени с учетом того, что температура в конце сжатия не должна превышать предельного значения:.
2) Количество ступеней Округляя в большую сторону, принимаем 3) Уточняется степень повышения давления xв ступени компрессора 4) Температура T2 в конце сжатия5) Удельная работа, затрачиваемая на сжатие в одной ступени компрессора, 6) Мощность, затрачиваемая на сжатие в одной ступени компрессора, 7) Полная мощность многоступенчатого компрессора.
8)Количество отведенной теплоты в единицу времени 9) Расход охлаждающей воды 10) Схема двухступенчатого компрессора изображена на рис.
1.1111)Диаграмма адиабатного процесса показана на рис.
2.3Рис.
2.3 Процесс двухступенчатого сжатия в диаграмме Тs (n=k) Результаты расчета сведены в таблицу2.
3Таблица2.
3Охлаждаемый компрессор (изотермическое сжатие газа) Неохлаждаемый компрессор (адиабатное сжатие газа) Двухступенчатый компрессор
Температура в конце сжатия, °С-10 697.
Мощность на привод компрессора, кВт279.
8Количество отведенной теплоты в единицу времени, кВТ0Расход охлаждающей воды, кг/с2.8280ЗАКЛЮЧЕНИЕ В результате расчета приходим к следующему выводу:
мощность на привод в охлаждаемом компрессоре минимальна, в неохлаждаемом компрессоре максимальна. В многоступенчатом компрессоре удается приблизиться к изотермическому сжатию. Из расчета видно, следует применять возможно более интенсивное охлаждение газа в процессе сжатия его и, производить сжатие в последовательно соединенных ступенях, осуществляя понижение температуры газа в охладителях, включенных в поток между ступенями. В современных компрессорах применяют:
1) охлаждение компрессора подачей воды в специально выполненные полости в отливке корпуса (внутреннее охлаждение). Этот способ существенно улучшает условия смазки поршневых компрессоров. Добиться этим способом существенной экономии энергии, приближая процесс сжатия к изотермическому, не удается. Причина этого — затрудненные условия теплообмена между потоками газа и охлаждающей водой;
2) охлаждение газа в охладителях, устанавливаемых между отдельными ступенями (выносное охлаждение). При этом способе охлаждения, используя трубчатые охладители с большой площадью поверхности, можно получить существенную экономию в расходе энергии. В центробежных компрессорах охладители располагают обычно между группами ступеней, получая, таким образам, более простую конструкцию установки. Известны уникальные конструкции компрессоров с охладителями после каждой центробежной ступени. Такие компрессоры называют изотермическими. Они экономичны в эксплуатации, но конструктивно сложны и стоимость их велика;
3) комбинированное (внутреннее и выносное) охлаждение. Этот способ наиболее эффективен и широко применяется, несмотря на конструктивное усложнение и увеличение стоимости установки;
4) охлаждение впрыском охлаждающей воды в поток газа перед первой ступенью компрессора. При этом способе теплота газа частично расходуется на испарение охлаждающей воды и температура конца сжатия существенно понижается. Недостатком способа является увлажнение газа, что во многих случаях недопустимо. В практике компрессоростроения обычно отступают от принципа равномерного распределения затраты энергии по ступеням и относят на ступени высокого давления несколько меньшие степени повышения давления. В лопастных компрессорах ступень сжатия состоит из совокупности венцов рабочих и направляющих лопастей и число ступеней может быть большим (до 40). В этом случае ступени разбивают на группы (секции) и холодильники ставят между секциями. В пределах группы ступени не охлаждают. В объемных компрессорах ступень давления состоит из замкнутого герметичного корпуса, в котором перемещается рабочее тело (поршень, двигающийся в цилиндре поршневого компрессора), камер всасывания и нагнетания. Список использованной литературы.
Алабовский А.Н., Константинов С. М., Недужий А. Н. Теплотехника.
Киев: Выща Школа, Головное издательство, 1986.-255 с.
2.Архаров А. М., Исаев С. И. и др. Теплотехника: Учебник для втузов. — М.: Машиностроение, 1986.
3.Баскаков А. П. Теплотехника.
М.:Энергоатомиздат, 1991.-244 с.
4.Беляев Н. М. Термодинамика: — Киев: Вища школа, 1987. — 344 с5. Ерофеев В. Л. и др. Теплотехника: Учебник для вузов./ Под ред. д-ра техн.
наук, проф. В. Л. Ерофеева.
М.: ИКЦ «Академкнига», 2006. — 456 с.
6. В. А. Кириллин, В. В. Сычёв, А. Е. Шейндлин. Техническая термодинамика. — М.: Энергия, 1994. — 448с.
7. Луканин В. Н. и др. Теплотехника. — М: Высшая школа, 2003. — 671с.
8. Нащокин В. В. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: Высшая школа, 1980. 496 с. 9. Прибытков И. А. Теоретические основы теплотехники: -М.: ИЦ «Академия», 2004. -464 с.
10. Теплотехника. Учебник для втузов/ Под общей редакцией А. М. Архарова и В. Н. Афанасьева. М.:Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2004. — 712 с.
11. Рабинович О. М. Сборник задач по технической термодинамике. М.: Машиностроение, 1973. 344 с. 12. Юдаев Б. Н. Техническая термодинамика и теплопередача. — М.: Высшая школа, 1988.
Приложение.Основные обозначения- давление;- температура;x — степень повышения давления;- массовый и объемный расходы, соответственно; - молярная масса; - газовая постоянная;cp- массовая изобарная теплоемкость;k- показатель адиабаты;n- показатель политропы;- удельная внешняя работа;q -удельное количества теплоты;-- количество теплоты в единицу времени.
