Перемещение, сжатие и разрежение газов

В технологических процессах различных отраслей промышленности осуществляется перемещение газа между соответствующими стадиями. В этом случае, так же как для жидкостей, требуется создание перепада давлений, который могут создать компрессорные машины.

Классификация компрессорных машин основывается на степени сжатия (отношении конечного давления р₂, создаваемого компрессорной машиной, к начальному давлению р₁ при котором происходит всасывание газа).

В зависимости от этого показателя различают следующие компрессорные машины:

· вентиляторы (р₂/р₁ > 1,1), предназначенные для перемещения больших объемов газа при относительно низких давлениях;

· газодувки (1,1 < р₂/р₁ < 3,0), предназначенные для перемещения газов по трубопроводам с высоким гидравлическим сопротивлением;

· компрессоры (р₂/р₁ < 3,0), предназначенные для перемещения газов под высокими давлениями;

· вакуум-насосы, предназначенные для отсасывания газов при давлениях ниже атмосферного.

Основными конструкциями компрессорных машин являются поршневые, центробежные (вентиляторы, тур6огазодувки, турбокомпрессоры), осевые и струйные.

В качестве вакуум-насосов могут применяться компрессорные машины, в которых всасывание производится при давлениях ниже атмосферного, а нагнетание – выше.

Поскольку газы являются сжимаемыми средами, при их перемещении изменяется не только объем, но и давление, и температура. Изменение состояния газов может происходить тремя способами.

1) Изотермическое сжатие, при котором температура обрабатываемой среды не меняется (Т₁ = Т₂), а удельная работа (l_из, Дж/кг) по осуществлению этого процесса может быть определена по зависимости

где v₁ – удельный объем газа при начальных условиях.

2) Адиабатический процесс, при котором теплота, образующаяся при сжатии, расходуется на увеличение внутренней энергии (S₁ = S₂)

Удельная работа адиа6атического процесса сжатия (1_ад, Дж/кг) и конечная температура среды Т₂ могут быть рассчитаны по уравнениям

где k = с_р/с_ν -показатель адиабаты ; с_р, с_ν – теплоемкости газа при постоянном давлении и при постоянном объеме.

3) Политропический (действительный) процесс, при котором происходит изменение температуры и увеличение внутренней энергии, может рассчитываться по зависимостям

где l_пол - удельная работа политропического процесса, Дж/кг; т – показатель политропы.

Теоретическая мощность (N_теор), затрачиваемая на работу компрессорных машин, определяется произведением производительности компрессора G на удельную работу сжатия (2.2) - (2.4)

N_теор = G*l= V*ρ*l,

где V – объемная производительность компрессора; ρ – плотность газа.

Мощность на валу N_вал, компрессионной машины равна отношению мощности, затрачиваемой на сжатие газа, к механическому КПД η_мех, характеризующему потери мощности на механические потери в компрессоре

N_вaл = N/η_мех

Поршневы е компрессоры. По числу всасываний и нагнетаний бывают простого (одинарного) и двойного действия, по числу ступеней, в которых происходит сжатие газа, - одноступенчатыми и многоступенчатыми. По расположению поршня – горизонтальными, вертикальными, угловыми.

Поршневой компрессор (рис. 2.14) устроен аналогично поршневому насосу. Поршень 1 двигается в охлаждаемом цилиндре 2, куда газ поступает с давлением р₁ через всасывающий клапан 3 и выходит сжатый до давления р₂ через нагнетательный клапан 4. Таким образом, цикл работы поршневого компрессора включает в себя стадии: расширение, всасывание, сжатие и выталкивание. Процесс работы поршневого компрессора характеризуется индикаторной диаграммой (р – V), представленной на рис. 2.15. Линия АВ соответствует всасыванию газа, линия ВС – сжатию

газа, которое может осуществляться по адиабате ВС', изотерме ВС" или политропе ВС; CD – линия нагнетания.

Поршневые машины используют также и в качестве вакуум-насосов. При этом устройства, откачивающие только газы, называются сухими, а откачивающие одновременно газ и жидкость – мокрыми.

Сухие поршневые вакуум-насосы могут обеспечивать разрежение до 99,9 % от абсолютного, мокрые – 80...97 %.

Поршневые компрессоры могут создавать высокие давления, имеют высокий КПД (0,85...0,90), однако обладают низкой производительностью, подача газа неравномерна, неприменимы при наличии в перекачиваемых средах абразивных включений.