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.