Многоступенчатый компрессор

Многоступенчатые компрессоры применяются для получения газа высокого давления. В них сжатие газа осуществляется в нескольких последовательно соединенных цилиндрах, с промежуточным охлаждением газа после его каждого сжатия. Промежуточное охлаждение газа улучшает условия смазки поршня в цилиндре и уменьшает расход энергии на привод компрессора. При этом рабочий процесс приближается к изотермическому (наиболее выгодному).

Покажем идеальную индикаторную диаграмму 3^х ступенчатого компрессора.

0-1 линия всасывания в первую ступень;

1-2 политропный процесс сжатия в первой ступени;

2-а линия нагнетания из первой ступени в первый охладитель;

а-3 линия всасывания во вторую ступень;

3-4 политропный процесс сжатия во второй ступени;

4-в линия нагнетания из второй ступени во второй охладитель;

в-5 линия всасывания в третью ступень;

5-6 линия сжатия в третьей ступени;

6-с линия нагнетания в резервуар.

Рисунок 13 - Идеальная индикаторная диаграмма

Охлаждение газа во всех охладителях производится до температуры Т₁, поэтому: Т₃ = Т₅ = Т₁

Отношение давлений во всех ступенях обычно берется одинаковым:

(61)

где Z - число ступеней.

Вся работа на привод 3^х ступенчатого компрессора при

политропном сжатии газа определяется (для 3^х ступенчатого):

Если бы сжатие проводилось в одноступенчатом компрессоре, то работа была бы равна:

т.е., как следует из диаграммы P-V

Покажем в T-S диаграмме процессы сжатия в 3^х ступенчатом компрессоре.

Рисунок 14 – Адиабатное сжатие в ступени

Рисунок 15 - Политропное сжатие газа в ступени

При политропном и адиабатном сжатии газа в каждой ступени в охладителях отводится одно и то же количество теплоты.

Вопросы для самопроверки

1 Каково назначение компрессора?

2 В чем отличие одноступенчатого компрессора от многоступенчатого?

3 Какие процессы возможны при сжатии газа в компрессоре?

4 Какой процесс сжатия является наивыгоднейшим и почему?

5 При каком процессе в компрессоре затрачивается наибольшая работа?

6 Какими уравнениями определяется работа на привод компрессора при изотермическом, адиабатном и политропном сжатии рабочего тела?

7 Почему нельзя получить газ высокого давления в одноступенчатом компрессоре?

8 Как изображается в P-V диаграмме идеальная индикаторная диаграмма 3 ^х ступенчатого компрессора?

9 Как изображается в T – S диаграмме адиабатное и политропное сжатие газа в ступени?

Тепловой насос

Это - установка, при помощи которой теплота низкого потенциала, забираемая из окружающей среды с помощью затраченной извне работы, при более высокой температуре отдаётся внешнему потребителю (т.е. работает по циклу холодильных установок).

1 – испаритель; 2 – компрессор; 3 – конденсатор; 4 - дроссельный вентиль

Рисунок 16 - Схема теплового насоса

Работа теплового насоса состоит в следующем: за счет теплоты источника с низкой температурой в испарителе происходит процесс парообразования рабочего тела с низкой температурой кипения (фреон, аммиак). Полученный пар направляется в компрессор, в котором его температура повышается. Затем пар поступает в конденсатор, где отдаёт своё тепло жидкости, например, циркулирующей в системе отопления.

Образовавшийся конденсат рабочего тела направляется в дроссельный вентиль, где происходит снижение его давления и, соответственно, температуры. И рабочее тело вновь поступает в испаритель.

Такая схема может успешно работать, например, на Дальнем Востоке, где имеется огромное количество горячих природных источников.

Целесообразно её применять в стационарных ДВС. Здесь в качестве источника теплоты с низкой температурой можно использовать воду, которая охлаждает цилиндры двигателя.

Можно использовать и тепло воды, которая охлаждает цилиндры компрессорной установки.

Характеристикой совершенства работы теплового насоса будет:

(62)

где q₁ - теплота, отданная внешнему потребителю;

l - затраченная работа в компрессоре;

q₂ - теплота, полученная фреоном в испарителе.

Покажем на примере эффективность работы теплового насоса.

Если установка работает по обратному циклу Карно, то при Т₂ = 280 К и Т₁ = 350 К, отсюда

т.е. передаётся теплоты в 5 раз больше, чем затрачивается работы.

Вопросы для самопроверки

1 Каково назначение теплового насоса?

2 Каков принцип действия теплового насоса?

3 В каких случаях целесообразно применять тепловой насос для отопления зданий?

4 Какие преимущества имеет тепловой насос по сравнению с непосредственным использованием электроэнергии для отопления?

5 Что такое отопительный коэффициент, как он вычисляется?

Эжектирование

Эжектирование - процесс приведения в движение газа под действием разрежения. Это разрежение создаётся другим газом, движущимся с большой скоростью. Газ, который создаёт разрежение, называется эжектирующим (активным), а газ, который приводится в движение - эжектируемым (пассивным).

В процессе эжектирования в результате турбулентного смешения газов происходит выравнивание скоростей и параметров этих газов.

Различают:

1 - эжекторы (струйные вентиляторы).

2 - инжекторы (струйные насосы и компрессоры).

Рассмотрим принципиальную конструкцию эжектора:

1 - сопло высоконапорного эжектирующего газа (активного).

2 - сопло низконапорного эжектируемого газа (пассивного).

3 - камера смешения, которая бывает цилиндрической или прямоугольной.

4 - диффузор.

Рисунок 17 - Конструкция эжектора

- В эжекторе количество эжектирующего газа меньше, как правило, эжектируемого. Статическое давление их смеси на выходе равно давлению окружающей среды. Эжекторы находят применение для вентиляции помещений, для удаления из различных установок отработавших газов и т. д.

- В инжекторах количество эжектирующего газа обычно больше, чем эжектируемого. Он предназначен для повышения давления газов и паров, для нагнетания жидкости в резервуары и различные устройства. По устройству и принципу действия эжекторы и инжекторы практически одинаковы.

Вопросы для самопроверки

1 Какой процесс называется эжектированием?

2 Какой газ называется эжектирующим?

3 Какой газ называется эжектируемым?

4 Какова принципиальная конструкция эжектора?

5 В чем принципиальное отличие эжектора от инжектора?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Теплотехника. Учеб. для вузов /В.Н.Луканин, М.Г. Шатров, Г.М.Камфер и др.; под ред. В.Н.Луканина - 3-е изд., испр. - М.: Высшая школа, 2002. - 671 с.

2 Теплотехника: учебник для втузов /Под общей ред. А.М.Архарова, В.Н.Афанасьева - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Изд-во МГТУ им.Н.Э.Баумана, 2004. - 712 с.

3 Техническая термодинамика и теплотехника: учебн. пособие для вузов /Под ред. А.А.Захаровой - М.: Издательский центр«Академия», 2006. - 272 с.

4 Юдаев Б.Н. Техническая термодинамика. Теплопередача - М.: Высшая школа, 1986. - 480 с.

5 Жуковский В.С. Термодинамика - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 304 с.

6. Техническая термодинамика /Под ред. В.И.Крутова: учебник для втузов. - М.: Машиностроние, 1986. - 472 с.

7 Теплотехника. Учебник для вузов /Под ред. А.П.Баскакова, 2-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 224 с.

8 Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача: учебн. пособие для вузов. - М.: Высшая школа, 1975. - 496 с.