Процеси стиснення газу

Типи н основні параметри компресорних машин

Типи компресорних машин

Компресорні машини за величиною тиску поділяються на такі групи:

1) низького тиску (надлишковий тиск до 0,1 кгс/см²) – вентилятори;

2) середнього тиску (надлишковий тиск 0,1-3 кгс/см²) без охолодження - газодувки;

3) високого тиску (надлишковий тиск від 3 кгс/см² і вище) з охолодженням - компресори;

4) вакуумні (розрідження більше 0,5 кгс/см²) -вакуум-насоси.

Незважаючи на конструктивні відмінності кожної групи машин, принцип дії їх однаковий. Тому газодувки, вентилятори і вакуум-насоси можна розглядати як різновид компресорів.

Компресори діляться на поршневі, ротаційні, відцентрові, осьові і струменеві. Відцентрові компресори називаються турбокомпресорами і турбогазодувками. До відцентрових і осьових компресорів можуть бути віднесені вентилятори. Вакуум-насоси являють собою компресори, в яких газ засмоктується при розрідженні і виштовхується під тиском дещо більшим атмосферного.

Процеси стиснення газу

Роботу, витрачену на стиснення газу в компресорі, можна визначити із узагальненого рівняння Бернуллі (6-38). Зазвичай не враховують відмінності швидкостей газу ω₁ і ω₂ до і після стиснення, т. б. вважають, що ω₁ = ω₂. Тоді рівняння має вигляд:

l + q = i₂ − i_1.

З цього виразу випливає, що витрачена в компресорі робота l і підведене до газу тепло q витрачаються на збільшення ентальпії газу.

Теоретично процес стиснення газу в компресорі може бути адіабатичним або ізотермічним.

При адіабатичному стисненні тепло не підводиться до газу і не відводиться від нього, т. б. q = 0, і рівняння приймає вигляд:

l = i₂ − i_1.

У цьому випадку вся витрачена в компресорі робота обертається в тепло і витрачається на нагрівання газу, внаслідок чого його ентальпія зростає. При адіабатичному стисненні значно підвищується температура стисненого газу.

В ізотермічному процесі газ стискається при постійній температурі. У цьому випадку внутрішня енергія газу не змінюється (u₁ = u₂) і дотримується рівність рυ₁ = рυ₂. oтже, u₁ + рυ₁ = u₂ + рυ₂, або і₁ = i ₂, т. б. ентальпія газу при стисненні не змінюється. Відповідно рівняння приймає вигляд:

l + q = 0, або l = − q

Знак мінус перед q вказує на відведення тепла. Таким чином, при ізотермічному стисненні вся витрачена робота обертається в тепло і відводиться від газу, внаслідок чого температура, внутрішня енергія і ентальпія газу не змінюються. Отже, при ізотермічному стисненні газу необхідно охолоджувати компресор, щоб відводити тепло, еквівалентне витраченій роботі.

Процеси стиснення газу наочно можуть бути зображені на ентропійній, або тепловій, діаграмі Т - S (рис.).

Рис. Діаграма Т – S процесу стиснення газу.

На осі ординат цієї діаграми відкладається абсолютна температура (Т), по осі абсцис - ентропія (S). Як відомо з термодинаміки, ентропія являє собою деяку функцію стану тіла, яка збільшується при підведенні до нього тепла, причому це збільшення тим менше, чим вище температура тіла.

На Т - S діаграмі нанесені лінії, відповідні постійному тиску (ізобари), і лінії, відповідні постійній температурі (ізотерми), які зображуються горизонтальними прямими. Лінія АКВ є прикордонною кривою. Область, що лежить нижче цієї кривої, відповідає вологому пару, гілка АК - рідини при температурі насичення, гілка КВ - сухому насиченому пару. Точка К є критичною точкою. Зліва від гілки АК знаходиться область рідини, праворуч від гілки КВ - область перегрітої пари. Так як випаровування і конденсація рідини протікають при постійних температурах і тиску, то в області вологої пари ізобари співпадають з ізотермами. Конденсація суміші вологих парів протікає при змінній температурі, тому в таких випадках ізобари в області вологої пари не збігаються з ізотермами.

Процеси стиснення газу в компресорі зображуються на діаграмі Т-S наступним чином. При адіабатичному стисненні q = 0, отже за формулою (7-31) Д5 = 0, т. Е. Процес йде без зміни ентропії (S = const). Тому процес зображується вертикальною лінією 1-2, причому точка 1 характеризує стан газу до стиснення і лежить на перетині ізобари pi і ізотерми Ti; точка 2 відповідає