Принцип работы поршневого компрессора


Устройство, правила и принцип работы поршневого компрессора

Этот тип компрессора берет за основу своей работы использование механического прибора поршневого типа с целью увеличения давления газа или жидкости посредством компрессии, то есть – уменьшения объема. Такие компрессоры используются чуть ли не во всех сферах жизни: химическая промышленность, медицина, автомобилестроение, холодильной технике, а также для бытовых и полупрофессиональных нужд.

Иногда при помощи поршневых компрессоров осушают воздух. Это связано с технологическими особенностями сжатия воздуха. Они отличаются:

  • Недорогой ценой по сравнению с остальными типами компрессоров;
  • Простым технологическим процессом их производства;
  • Легкостью в ремонте и доступностью деталей.

Какие бывают поршневые компрессоры

Поршневые компрессоры бывают нескольких типов, опишем их ниже.

Воздушный

Едва ли не номер один в мире компрессорных установок, которые начал использовать человек – поршневой воздушный компрессор. Его популярность обусловлена простотой строения как механизма, так и принципа действия. Работа с ним также проста и не требует особых навыков. Его официальное название – компрессорная установка объемного сжатия.

За многие десятилетия его базовая конструкция не претерпела особых изменений. Это корпус из чугуна, а внутри него находится цилиндр. В механизме также есть собственно поршень, сделанный таким образом, чтобы оставался маленький зазор и два клапана. Каждый из них имеет свое назначение: один из них всасывающий, второй предназначен для питания.

Судовой

Компрессоры с поршневой системой нередко применяются на больших двухтактных дизелях на судах. Их используют для наддува и продувки. Дело в том, что двухтактный дизель сам по себе не способен завестись и функционировать. Для полноценной работы ему нужна дополнительная подача воздуха, под давлением больше, чем атмосфера.

Присоединенный к мотору и работающий в такт с ним, поршневой компрессор подает дополнительные объемы воздуха.

Безмасляный

Этот вид компрессора используют там, где необходима подача чистого, без примеси смазочных материалов, воздуха или другого газа. Этот воздух будет без следов масляной эмульсии. Это не означает, что устройство поршневого компрессора работает совсем без смазки, просто масло не пересекается с воздушными потоками. Под них обычно берут двигатель мощностью 1,1 кВт. Он имеет дополнительные позитивные характеристики:

  • Малый размер;
  • Не нуждается в частом обслуживании;
  • Возможна транспортировка и перемещение в любом положении.

Читайте так же:  Обзор электрогенераторов на дровах

Также на таких компрессорах устанавливают дополнительную очистку для лучшего качества воздуха.

Винтовой

Винтовой компрессор используют для снижения давления путем вращательных движений роторов. Это устройство изобрели в 30х годах. Отличается способностью работать в автоматическом режиме и экономичностью.

По сути своей, это устройство призвано преобразовывать электрическую энергию в энергию газа или простого воздуха. Это происходит посредством электродвигателя. Винтовой блок имеет конструкцию, состоящую из корпуса и двух больших винтов. Винты между собой не соприкасаются – между ними есть небольшой зазор, который просто уплотняется пленкой из масла. Собственно, принцип устройства состоит в том, что никакие узлы между собой не трутся.

Это также означает, что мелкий сор, если даже и попадет вовнутрь устройства, не повредит его, так как элементов, которые терлись бы, нет. Максимум, придется заменить масло. Еще один плюс – винтовой компрессор в разных скоростных режимах, то есть, существует возможность регулировать его производительность и тем самым экономить электроэнергию.

Как он работает

Вышеперечисленные виды компрессоров с поршневой системой имеют несколько разные принципы работы.

Воздушный

Принцип работы прост. Цикл его работы состоит всего на всего из двух движений поршня. Когда происходит поступательное движение, газ всасывается в рабочий цилиндр. Когда поршень совершает движение назад, газ сжимается, и происходит это в цилиндре. Таким образом, сила давления нарастает.

Пока это все совершается, всасывающий клапан закрывается, и к работе подключается клапан нагнетания. Он выталкивает сжатый газ в магистраль. Вот весь цикл работы воздушного поршневого компрессора. Как видно, схема действия несложная.

Судовой

Поршень компрессора имеет такой механизм привода, что движение компрессорного поршня синхронно к движению поршня дизеля. У судовых дизелей с таким приспособлением вращаются с совсем небольшой частотой. Как правило, она не превышает 180-200 об/мин. По этой причине компрессор достигает высокого значения КПД.

Читайте так же:  Обзор генераторов фирмы Huter

Интересно, что зачастую размеры обоих аппаратов схожи. Получается, что верхняя часть всего устройства направлена на работу двигателя внутреннего сгорания, а нижняя часть сжимает и нагнетает заряд в цилиндр и в мотор.

Безмасляный

Основные особенности безмасляного поршневого компрессора – чистота газа на выходе и немного меньший ресурс работы, чем у его собратьев. Название не означает, что узлы устройства без смазки. Просто она находится отдельно и в картер не заливается. Плюс, установлена дополнительная система очистки.

Винтовой

Воздух попадает в роторный механизм посредством клапана, проходя предварительную очистку. Потом воздух смешивается с маслом. Смесь направляется в емкость, где сжимается. Параллельно выполняются такие цели, как устранение зазоров между винтами и стенками корпуса.

Это делает появление протечек практически невозможным даже при том, что оба ротора не соприкасаются и, плюс ко всему, отводит тепло, появившееся при сжатии. Смесь, уже сжатая, направляется в маслоотделитель, где, собственно, и разделяется на смазочный материал и воздух. Масло, после прохождения сквозь фильтр и охлаждения, течет обратно в блок. Воздух тоже охлаждается и выводится из компрессора.

Принцип работы поршневых компрессоров показан на видео

За и против

Аппараты имеют несколько заметных минусов:

  1. Принцип работы вышеописанных устройств, кроме винтового, таит в себе один минус. Сжатый воздух или другой газ выходят из аппарата в виде импульсов, а не ровным потоком. Чтобы предотвратить это ненужное явление, используют дополнительный компонент, который называется ресивер. Ресивер сглаживает пульсацию, а также выравнивает давление газа.
  2. При работе поршневой компрессор создает много шума. Это происходит из-за особенностей его строения. Не шумят только установки, где положение цилиндров оппозитное.
  3. Также аппараты сильно вибрируют. Если у них большие габариты, приходится помещать их на прочный фундамент из бетона.

Но существует и множество положительных моментов:

  1. Легко ремонтируются.
  2. Просты в использовании.
  3. Могут иметь совсем небольшие габариты.
  4. Многофункциональны – используются практически во всех сферах жизни.

Читайте так же:  Делаем компрессор из холодильника своими руками

Самые важные из правил безопасности при работе с поршневыми компрессорами. Нужно проводить постоянное наблюдение за тем, чтобы герметичность сборочных единиц была соблюдена, при том абсолютно всех единиц. Особенное внимание следует уделять тем сборочным элементам, которые вынуждены переносить сильное давление.

Каждую смену необходимо осматривать предохранительные клапаны, и приборы, с помощью которых проводят замеры, а также и автоматику на предмет дефектов и неисправностей. Это важный принцип безопасности персонала и техники.

Вспоминать чистить фильтры для масла в системе смазочной циркуляции, равно как и приемную стенку насоса. Для этого нужно установить сроки, руководствуясь предписаниями в инструкции, но как минимум раз в 50 дней.

В видео рассказывается про эксплуатацию поршневого компрессора

Что делать при поломке?

  • Разорвался маслопровод – придется попотеть и исправить маслопровод.
  • Произошло повреждение перепускного клапана масляного насоса – чинить его нет смысла, надо купить новый.
  • Отсутствует масло – влить фильтрованное масло обязательно той же марки, что уже есть в картере.
  • Засорилась сетка, в функционал которой входит прием смазки в масляном насосе – как только компрессор остановится, приемную сетку нужно снять, почистить и установить назад.
  • При засорении фильтра для смазочных материалов его достаточно просто почистить.
  • Износились шатунные е подшипники – их надо подтянуть, если не получается, то заменить вкладыши. Нужно помнить, что их следует подогнать по валу.
  • В масло попала вода – придется заменить масло, затем в обязательном порядке просушить систему.

На видео показан один из случаев ремонта

Принцип работы поршневого компрессора достаточно прост даже для того, что бы его оператором был человек без специальной технической подготовки. Легко поддающиеся ремонту, они при этом имеют большой рабочий ресурс. Устройства используются повсеместно – начиная от научных лабораторий и медицины, заканчивая полупрофессиональным строительством.

И пока не придумано ничего лучшего, поршневые компрессоры остаются лидерами среди устройств, которые увеличивают давление газов и жидкостей.

generatorexperts.ru

Поршневые компрессоры. Работа и принцип действия. Технические характеристики и применение

В настоящее время на рынке представлено большое разнообразие модификаций поршневых компрессоров. Существует множество моделей одноступенчатых, многоступенчатых компрессоров, одностороннего, двустороннего всасывания, сальниковых и бессальниковых агрегатов и пр. Ряд поршневых компрессоров необходимо смазывать минеральными маслами, другие в этом не нуждаются. Основные модели поршневых компрессорных установок можно классифицировать по типу привода, уровню конечного давления, количеству ступеней сжатия и виду исполнения.

Можно выделить следующие типы поршневых компрессоров:

  • одинарного (бескрейцкопфные) или двойного действия (крейцкопфные);
  • масляные и безмасляные (сухого трения или сухого сжатия);
  • горизонтальные, вертикальные, угловые по расположению цилиндров
  • по количеству ступеней – многоступенчатые, одноступенчатые.
  • с различным количеством цилиндров.

По типу привода компрессоры делятся на установки:

  • с прямым приводом (обеспечивают существенную экономию электрической энергии, демонстрирует более низкий уровень шума относительно агрегатов с ременным приводом, и имеют более высокий показатель КПД);
  • с ременным приводом (демонстрируют меньшие динамические нагрузки при запуске благодаря проскальзыванию ременной передачи).

По уровню давления на выходе поршневые компрессоры делятся на агрегаты низкого давления (диапазон от 5 до 12 бар), среднего (диапазон от 2 до 100 бар) и высокого (диапазон от 0 до 1000 бар).

По количеству ступеней сжатия поршневые компрессорные установки бывают многоступенчатыми, двухступенчатыми и одноступенчатыми. В компрессорах многоступенчатого сжатия важно не допускать чрезмерного повышения температуры сжимаемого газа (не более 180 °С), так как существует опасность взрыва и возгорания.

По виду исполнения данные агрегаты делятся на стационарные установки и мобильные (передвижные).

Материал корпуса - чугун. В корпусе расположены цилиндр и картер. Коленчатый вал находится в картере. Масло для смазки деталей заливают в нижнюю часть картера. В подшипниках находятся коренные шейки коленчатого вала. Сальник как уплотнение шейки вала от утечки хладагента. Маховик напрессован на шейке вала. Вращение от электродвигателя через ременную передачу.

Поршневой компрессор в разрезе

Шатун и поршень соединяют поршневым пальцем. Движение поршня до крайнего положения цилиндров на значение 2-го радиуса кривошипа.

Уплотнение поршня: кольца. Пары хладагента не попадают в картер.

Всасывающий и нагнетательный клапан в камерах на головке цилиндра.

Назначение: перекрывают отверстия между камерой и цилиндром.

Подсоединение испарителя с всасывающим трубопроводом, конденсатор с нагнетательным трубопроводом.

По виду расположения в установке цилиндров поршневые компрессоры подразделяют на вертикальные, горизонтальные и угловые.

Угловое размещение Цилиндры могут размещаться в одних рядах вертикально, в других — горизонтально. В этом случае речь о прямоугольных компрессорах. Расположение цилиндров бывает V-образным и W-образными (компрессоры бывают по расположению цилиндров соответственно V- и W-образными).

У-образное расположение цилиндров:

  • компрессоры для воздуха
  • холодильные одноступенчатые (аммиак или фреоне)
  • холодильные двухступенчатые (аммиак)

Вертикальное размещение. У вертикальных установок цилиндры расположены вертикально. Количество цилиндров определяет область применения компрессора и давления на нагнетании. На рисунке ниже представлен крейцкопфный компрессор двойного действия. На раме (материал:чугун, литая) зафиксированы цилиндры в несколько рядов. Сколько рядов столько колен у коленчатого вала, расположенного на коренных подшипниках. По длине коленвала и расстоянию между цилиндрами подбирают требуемое количество подшипников. Привод от электродвигателя посредством муфты или клиноременной передачи. Маховик – это полумуфта на валу. Шкив привода смонтирован на торцевой части вала.

Клапаны на всасе и нагнетании - пластинчатые, самодействующие. Такие компрессоры могут быть изготовлены с одной до четырех ступеней сжатия и иметь одно- и двухрядное исполнение.

Вертикальный двухрядный двухступенчатый компрессор

Горизонтальное размещение. У горизонтальных компрессорных установок цилиндры могут размещаться как с одной стороны , так и с двух на коленчатом валу.

Оппозитное исполнение (расположение цилиндров с двух сторон на коленчатом валу) поршневых компрессоров средней и высокой производительности – это результат технологического прогресса. Поршни двигаются на встречу друг другу. Таким компрессорам присущи высокая динамичность и уравновешенность, компактность и небольшой вес.

Установки с небольшой или средней производительностью имеют прямоугольную конструкцию и У-образное размещение цилиндров. Благодаря улучшенной производительности, оппозитные компрессоры чаще используются, чем стандартные устройства.

Приведем пример горизонтального крейцкопфного компрессора двойного действия с оппозитным размещением цилиндров. Поршни движутся во взаимно-противоположном направлении. Такие конструкции компактны, имеют большую скорость работы. Монтаж таких установок несложен благодаря удобному расположению аппаратура между ступенями и магистралями. Части компрессора при поставке могут поставляться укрупненными узлами-блоками.

Горизонтальный оппозитный четырехрядный многоступенчатый компрессор

Цилиндры в оппозитных компрессорах могут располагаться в 2-, 4-и 6 рядов. См. рисунок выше. Отработавшее масло в нижней части рамы коробчатой формы (материал чугун, литая). Перегородки, расположенные поперек ребра, стяжки и распорки сверху создают жесткость рамы основания. По кол-ву рядов цилиндров подбирают коренные подшипники, их может быть 3, 5 и 7 соответственно. 2 упорные подшипника имеют вкладыши с тонкими стенами и расположены у привода.

Крупные компрессоры, у которых 8 рядов цилиндров от иностранных заводов изготовителей имеют 2 отдельные рамы (коробчатая форма). Приводной механизм размещается между рамами. Направляющие крейцкопфов смонтированы с каждой стороны рамы и прикреплены к фланцам, расположенным вертикально. Качающиеся опоры используют для монтажа направляющих к раме в небольших компрессорах. Опорные лапы с жестким креплением требуются для направляющих в других компрессорах.

Количество рядов цилиндров совпадает с количеством шатунных шеек на коленвалах. Крепление шатунных шеек на 180° по парам (щека общая). В компрессорах с 4 рядами разворот пары шатунных шеек на 90° относительно другой. Если 6 рядов, то разворот уже на 120°.

Чугун используют в качестве материала литых цилиндров для первых 3х ступеней. Крышки цилиндров имеют рубашки с водным охлаждением. Исключение 1я ступень холодильного компрессора. Сталь (кованые цилиндры) идет в качестве материала в остальных ступенях. Для охлаждения используют разъемные кожухи. В зависимости от размеров и кол-ва цилиндров в ряду у них 1 или 2 качающиеся опоры. Клапаны обычно устанавливают прямоточные.

Компрессор приводится в действие от электродвигателя с неразъемным ротором. Ротор -консольный конец вала, а неразъемный статор - фундамент. Иногда на некоторых типах компрессоров ротор может быть на приставном валу.

Поршни. На первых 3х ступенях сжатия поршень двойного действия, изготовленный обточкой (скользящий тип). На следующих ступенях ставят дифференциальные поршни. Составные части сальникового уплотнения - это сальник, предсальник и маслосниматель.

Клапаны. Некоторые конструкции и типы клапанов более соответствуют имеющимся условиям эксплуатации, чем другие. Для работы в холодильных компрессорах и некоторых воздушных более подходят полосовые клапаны на всасе. Для работы с водородом используют грибковые клапаны, пластинчатые клапаны с прорезями и клапаны с концентрическими кольцами как наиболее надежные. Кольцевой тип клапанов применяется для других случаев. Клапаны на нагнетании прямоточного типа. Дисковые и пластинчатые клапаны применяют на ступенях высокого давления и при работе с коксующимися газами с примесями. Компрессорные клапаны могут являться самой большой единственной причиной незапланированных остановов поршневых компрессоров.

У крупных компрессоров 2 отдельные рамы с 2 коленчатыми валами с фланцевым подсоединением к ротору электродвигателя. Вал у ротора смонтирован на 2х подшипниках, которые крепят к фундаменту. Разъемный статор монтируется на фундамент.

Один коленчатый вал в компрессорах с 2мя рамами среднего класса располагают на подшипниках обеих рам электродвигателя. На нем между рамами монтируют разъемный ротор. Вал поворачивают вручную или электроприводом для этого на торце коленчатого вала с другой стороны от электродвигателя устанавливают храповое колесо. Ротор привода может быть размещен и на выносной части вала, при наличии выносного подшипника.

Для рабочих частей применяется циркуляционная система смазки. Лубрикатор смазывает маслом цилиндр и сальник. Насос соединен с электродвигателем через муфту, лубрикатор соединяется при помощи редуктора. У компрессоров этого класса направляющие, крейцкопфы, шатуны, коренные и шатунные подшипники и остальные составные части кривошипно-шатунного механизма с одинаковыми размерами.

Типы/виды и конструкции поршневых компрессоров

Любой тип компрессора или установки компрессорной предназначен для сжатия, подачи воздуха (любого газа) под давлением. Поршневым называется компрессор, поршень которого делает возвратно-поступательные движения, находясь в цилиндре.

В странах СНГ отдают предпочтение поршневым компрессорам, наиболее известным среди машин, имеющих производительность < 100 куб. метров в минуту.

Известны поршневые компрессоры следующих типов:

Коаксиальные поршневые компрессоры

Для коаксиальных компрессоров характерно то, что муфта соединяет коленвал с электрическим приводом, что обеспечивает исключение потерь мощности вследствие трения. Конструктивное исполнение данных компрессоров довольно компактно. Данные компрессорные агрегаты отличаются методами смазки. Цилиндропоршневую группу безмасляных компрессоров данного типа смазывать не надо. Сжатый воздух на выходе подобных устройств не имеет масляных примесей. Аппараты такого типа популярны в пищевой промышленности, фармацевтике, медицинских отраслях. В масляных же коаксиальных компрессорах применяют минеральное компрессорное масло в качестве смазки. За счет этого у данного компрессора довольно высокий ресурс. Коаксиальные компрессоры работают в периодическом режиме, т.е. 20 минут в работе, 40 минут составляет перерыв. Рабочее давление равно при этом восьми барам. Мощность двигателя равна приблизительно 2,25 кВт, производительность же может достигать 200 л/мин. К основным достоинствам данных насосных устройств можно отнести малогабаритность, лёгкость, относительно низкую стоимость. Коаксиальные компрессоры подразделяются на безмасляные и масляные поршневые компрессоры.

Компрессоры безмасляные

Этот тип компрессоров приемлем для систем, в которых обязательным условием является подача чистого воздуха. В воздухе не должно быть примесей масляной эмульсии. Двигатель для безмасляных компрессорных устройств выпускается с мощностью 1,1 кВт, они оснащаются также ресиверами различного объема. Данный тип компрессора обладает своими положительными особенностями:

  • небольшого размера;
  • не частое обслуживание;
  • транспортировка и перемещение осуществляется в любом положении.

От масляного компрессорного устройства безмасляный компрессор отличается тем фактом, что воздух и смазочное средство в нем «существуют раздельно». Дополнительная очистка способствует обеспечению высокого качества выходного потока. Безмасляные компрессоры подразделяются, в свою очередь, на следующие виды:

  • автомобильный безмасляный компрессор представляет собой компактный агрегат для подкачки шин. Обычно он не оснащается ресивером и работает от аккумулятора.
  • бытовой компрессор, который применяется для работы с пневматическим инструментом, например, с краскопультами. Безмасляные компрессоры поршневого конструктивного исполнения являются отдельной категорией, осуществляя, например, высококачественную окраску, достигая при этом идеально окрашенной поверхности. При использовании осушителей компактного типа, для которых параметр точки росы не должен быть выше 70 °С, полностью удаляется влага из сжатого воздуха и исключается попадание её на окрашиваемую компрессором поверхность. Этот факт способствует увеличению коррозионной стойкости материалов для лакокрасочных покрытий. Большинство импортных автомобилей и часть машин российских производителей окрашиваются на заводах при помощи безмасляных компрессоров, имеющих адсорбционные осушители.
  • полупрофессиональный и профессиональный безмасляный компрессор, используемый в мастерских, лабораториях, производственных цехах, в которых обязательным условием является подача большого объёма чистого воздуха. Эти компрессоры популярны при использовании в фармацевтической и пищевой промышленностях. Однако, стоимость данного вида безмасляных компрессоров этого класса высока.

Масляные компрессоры, оснащённые прямым приводом

В ресивер данного компрессора, если он есть, можно вместить максимально 100 л воздуха, а мощность двигателя равна приблизительно 1,1-1,8 кВт. В сравнении с безмасляными компрессорными аппаратами, ресурс их намного выше. Кроме того, безмасляным компрессорам необходимо специфичное техобслуживание. Отрицательный фактор у компрессоров этого типа несет в себе воздух, который на выходе содержит масляную эмульсию, а это требует дооснащения компрессора фильтром. Масляные компрессоры, оснащенные прямыми приводами, находят широкое применение при изготовлении мебели, в автомобильном сервисе, а также при ремонтных работах, связанных с реконструкцией фасадов.

Масляные компрессоры на ременном приводе

В ресивер данного компрессора, если он есть, можно вместить от 25 до максимально 100 л воздуха, а мощность двигателя равна приблизительно 1,5-15 кВт. Благодаря ременному приводу частоту вращения двигателя можно уменьшить, оставаясь на той же производительности. У этих компрессоров два поршня, имеющих различную величину. Первым поршнем воздух сжимается предварительно, второй поршень доводит воздух до нужного давления. Данные компрессоры используются в случаях потребления большого количества воздуха. Надёжная система охлаждения предотвращает двигатель от чрезмерного перегрева и износа. Это позволяет использовать двигатель компрессора в постоянном режиме работы.

Ременные поршневые компрессоры

Для ременных компрессоров характерно то, что ременная передача соединяет коленвал с электроприводом, что обеспечивает высокую производительность и продолжительность эксплуатации. Компрессоры данного типа могут работать по несколько часов, причём непрерывно. Они применяются чаще всего в строительстве, в шиномонтажных мастерских, на станциях технического обслуживания. Мощность двигателя равна приблизительно 2,25 - 5,5 кВт. Производительность компрессора может достигать 500 л/мин., рабочее давление достигает 16 бар, в некоторых случаях доходит до 30 бар. Положительный момент заключается в сжатии воздуха до требуемых значительных параметров.

Расположение цилиндров в компрессорах позволяет подразделить их на вертикальные компрессоры, компрессоры горизонтального типа и угловые компрессорные устройства.

К вертикальным компрессорным устройствам относятся те, цилиндры которых расположены вертикально.

У горизонтальных компрессоров цилиндры могут быть размещены с одной стороны коленвала, соответственно, они называются горизонтальными компрессорами с односторонним размещением цилиндров. Если же цилиндры располагаются по обе стороны вала, то компрессоры носят название компрессоров с двухсторонним размещением цилиндров.

У угловых компрессоров цилиндры размещены в одних рядах вертикально, а в других - горизонтально. Это прямоугольные компрессоры. У угловых компрессоров цилиндры могут быть наклонены, установлены V-образно и W-образно. Такие компрессоры носят название, соответственно, V- и W-образных компрессоров.

Оппозитные компрессоры

Оппозитное исполнение типично для компрессоров с крупной и средней производительностью. Оппозитные компрессоры - это горизонтальные устройства, оснащенные поршнями, совершающими встречные движения. Цилиндры их размещены по обеим сторонам коленвала. Данные поршневые компрессоры высокодинамичны, уравновешенны, имеют малые габариты и небольшой вес. Благодаря этому оппозитные компрессоры почти совсем вытеснили крупногабаритные горизонтальные компрессоры.

Компрессорные устройства с малой и средней производительностью являются, как правило, прямоугольными и компрессорами с У-образной конфигурацией цилиндров.

Компрессоры бескрейцкопфные и крейцкопфные

Среди современных конструкций поршневых компрессоров следует различать бескрейцкопфные и крейцкопфные.

У бескрейцкопфных компрессоров вращательное движение привода преобразовывается в поступательное движение поршня иначе, если сравнивать с крейцкопфными компрессорами. Бескрейцкопфные компрессоры имеют много положительных моментов:

  • они компактны;
  • имеют сравнительно простой механизм движения;
  • небольшой вес;
  • единую систему смазки.

Наряду с положительными моментами у компрессоров данного типа имеется весомый недостаток: происходит утечка газа в картер через поршень. Как следствие, картер находится в работе под давлением, а масло в нем контактирует с перекачиваемым маслом. Бескрейцкопфные компрессоры бывают только одинарного действия. Это не дает возможности эффективно задействовать цилиндр.

Поэтому компрессоры большой мощности и высокого давления, а также горизонтальные компрессоры изготавливаются всегда крейцкопфными.

В дополнение к выше описанной классификации компрессоров сгруппируем поршневые компрессоры по определенным признакам.

1. согласно принципу функционирования компрессоры подразделяются на компрессоры с цилиндрами простого и двойного действия. Дифференциальными цилиндрами укомплектовывают только многоступенчатые компрессоры; 2. по числу ступеней - с одной ступенью, двухступенчатые, трехступенчатые компрессоры и более. Максимальное число ступеней в современных компрессорах, как правило, семь; 3. по числу цилиндровых узлов – одно-, двух-, трёхцилиндровые и с большим количеством цилиндров; 4. по количеству рядов с расположенными цилиндрами: однорядные, двухрядные и многорядные; 5. по размещению цилиндров в плоскости — угловые компрессоры и компрессоры с U-образным размещением цилиндров; 6. Оппозитные компрессоры: горизонтальные устройства, оснащенные поршнями, совершающими встречные движения; 7. по типу охлаждения: с водяным и воздушным. Водяным охлаждением комплектуются компрессоры, как правило, большой производительности; 8. по производительности – мини-компрессоры, компрессоры малой, компрессоры средней производительности и компрессоры большой производительности; 9. по количеству поршней: одно -, двух- и трехпоршневые компрессорные устройства.

На сегодняшний день для холодильных установок компрессоры поршневого типа остаются самыми приемлемыми и распространенными типами компрессоров. Они также широко используются и в системах для кондиционирования воздуха. Имеются следующие виды поршневых компрессоров:

  • Герметичные компрессоры поршневые. У данного типа компрессоров двигатель напрямую спарен с самим компрессором, находясь в одном запаянном стальном корпусе, изготовленном из листовой стали. Поток всасываемого газа охлаждает электрический двигатель.
  • Полугерметичные компрессорные устройства. Двигатель непосредственно соединен с компрессором, они размещены в чугунном корпусе, где имеется доступ для технического обслуживания или для выполнения ремонтных работ. Электродвигатель охлаждает всасываемый газообразный хладагент.
  • Открытые компрессорные устройства. Компрессор размещается непосредственно в чугунном корпусе, из которого выходит вал для подсоединения к отдельному двигателю. Такой компрессор оснащается аварийным датчиком электронного типа для определения недостаточности смазочного средства.

intech-gmbh.ru

Принцип работы поршневого компрессора

Поршневые компрессоры

Поршневые компрессоры — это наиболее распространенные и многообразные по конструкции компрессоры. Поршневые компрессоры применяются в текстильном производстве, машиностроении, криогенной технике, химической и холодильной промышленности. Поршневые промышленные компрессоры различают по устройству компрессора и расположению цилиндров, устройству шатунного механизма и числу степеней сжатия.

Поршневой компрессор — это компрессор, у которого поршень в цилиндре совершает возвратно-поступательные движения. Самый простой поршневой компрессор состоит из цилиндра и поршня, между которыми имеется небольшой зазор. Движение поршня обеспечивается кривошипношатунным механизмом от вала с приводным двигателем.

Нагнетательный и всасывающий клапаны поршневого компрессора расположены в крышке цилиндра. За два хода поршня (один оборот вала), совершается полный рабочий процесс в каждом цилиндре компрессора. При движении поршня из цилиндра в конденсатор надпоршневом пространстве создается разрежение, и пары хладагента всасываются в цилиндр из испарителя через открывающийся клапан. При обратном ходе поршня пары сжимаются и давление возрастает. Всасывающий клапан при этом закрывается, через нагнетательный клапан сжатые пары выталкиваются в конденсатор. Затем направление движения поршня меняется, нагнетательный клапан закрывается, и компрессор вновь отсасывает пары из испарителя.

Состав поршневого компрессора

В изготовленном из чугуна корпусе компрессора, находится цилиндр и картер, в картере расположен коленчатый вал. В нижнюю часть картера залито масло, которое обеспечивает смазку трущихся деталей компрессора. В подшипниках лежат коренные шейки коленчатого вала.

Выходящая из картера наружу шейка вала, уплотнена сальником, чтобы не было течи хладагента через зазор между валом и подшипником. На шейке вала напрессован маховик, который вращается вместе с валом от электродвигателя при помощи ременной передачи.

При помощи поршневого пальца шатун соединен своей верхней головкой с поршнем. При вращении вала поршень попеременно движется вдоль оси цилиндра от одного крайнего положения до другого на величину двойного радиуса кривошипа. На поршне надеты кольца, трущиеся по зеркалу цилиндра и уплотняющие (благодаря своей упругости) рабочую полость цилиндра, чтобы пары хладагента не могли попасть в картер.

Верхний торец цилиндра закрыт головкой. Головка цилиндра состоит из двух камер: всасывания и нагнетания. В каждой камере находится клапан, соответственно называемый всасывающим и нагнетательным. Клапаны расположены по обе стороны клапанной плиты и закрывают имеющиеся в ней отверстия, которые соединяют камеры головки с цилиндром. К камере всасывания подходит всасывающий трубопровод, соединенный с испарителем, к камере нагнетания — нагнетательный трубопровод, соединенный с конденсатором.

Роторные компрессоры относятся к компрессорам вытеснительного типа.

K роторным компрессорам относятся пластинчатые, жидкостно-кольцевые, винтовые.

Пластинчатые компрессоры. При вращении эксцентрично посаженного ротора пластины благодаря центробежной силе выдвигаются из пазов и отбрасываются к кольцу, плотно прижимаясь к нему. Вращающиеся пластины делят серповидное пространство статора на отдельные ячейки, которые по направлению вращения вначале увеличиваются в объеме (зона всасывания), a затем уменьшаются (зоны сжатия и

нагнетания). Благодаря тому, что нижняя часть ротора прижата к корпусу, исключается прорыв газов со стороны нагнетания в зону всасывания. Для охлаждения воздуха и самого статора последний окружен водяной рубашкой.

Одноступенчатые пластинчатые компрессоры могут развивать давление нагнетания, равное 0,4-0,5 МПа, a двухступенчатые - 0,7 МПа. При использовании в качестве вакуум-насосов одноступенчатые компрессоры могут обеспечить вакуум до 95%, a двухступенчатые-до 99%.

Жидкостно-кольцевые компрессоры предназначены для создания вакуума и удаления воздуха. Компрессор жидкостно-кольцевой состоит из цилиндрического корпуса, внутри которого эксцентрично расположен ротор c лопатками. Лопатки ротора бывают прямые и изогнутые. Корпус до оси вала заполняют водой, при вращении ротора вода отбрасывается к стенкам корпуса, образуя жидкостное кольцо и серповидное рабочее пространство. Объем рабочего пространства изменяется в результате вращения ротора. Всасывание и нагнетание производится через отверстия в крышках.

Винтовые компрессоры состоят из небольшого числа основных деталей: корпуса, винтов, подшипников, уплотнений, соединительных шестерен.

При вращении винтов зубья выходят из зацепления. Начиная от торца всасывания, освобождаются впадины между зубьями (полостями). B эти полости, благодаря создаваемому в них разрежению, поступает газ. Объем газа, заполнивший впадины роторов, отсекается от всасывающего окна и подвергается сжатию. Процесс сжатия газа продолжается до тех пор, пока уменьшающийся изолированный объем полости со сжатым газом не подойдет к крышке окна нагнетания. При дальнейшем вращении винтов происходит процесс выталкивания газа.

Винтовые компрессоры могут быть двух типов: сухого сжатия и маслозаполненные.

B машинах сухого сжатия охлаждение газа осуществляется c помощью рубашек в корпусе компрессора, a также промежуточным и концевым холодильниками. B маслозаполненных компрессорах охлаждение газа осуществляется впрыскиванием масла или воды в рабочие полости винтов. B случае применения в качестве охлаждающей жидкости масла допускается касание винтов при работе компрессора;

в случае применения воды для охлаждения или при сухом сжатии касание не допускается. Винты компрессоров представляют собой крупно-модульные шестерни c зубьями специального профиля; винты изготовляют из стали. Корпуса выполняют литыми из серого чугуна, они могут быть также и стальными.

Винтовые компрессоры имеют значительные преимущества перед другими типами машин и за последнее время находят значительное распространение.

Винтовой компрессор: 1-станина, 2-ведущий винт 3-боковые крышки 4-шестерня 5-ведомый винт 6-корпуса подшипников 7-подшипник Двухроторный компрессор: 1-корпус, 2-роторы  

Задание:изучить принцип работы и конструкцию компрессора

Page 2

Параметры водяного пара

Практическое занятие № 8

Цель работы:изучить процесс парообразование и конструкцию парогенератора.

Известно, что любое вещество в зависимости от внешних условий (давления и температуры) может находиться в газообразном, жидком и твердом агрегатных состояниях, или фазах, а также одновременно находиться в двух или трех состояниях.

Переход вещества из одного агрегатного состояния в другое называется фазовым переходом, или фазовым превращением. Вещество в разных агрегатных состояниях имеет различные свойства, в частности плотность. Это различие объясняется характером межмолекулярного взаимодействия.

Переход вещества из твердого состояния в жидкое называется плавлением, из жидкого в газообразное — испарением, из твердого в газообразное — сублимацией.

Обратные процессы соответственно называются затвердеванием, или кристаллизацией, конденсацией и десублимацией.

Процесс получения пара из жидкости может осуществляться испарением и кипением. Испарением называется парообразование, происходящее только со свободной поверхности жидкости и при любой температуре.

Кипением называется бурное парообразование по всей массе жидкости, которое происходит при сообщении жидкости через стенку сосуда определенного количества теплоты. При этом образовавшиеся у стенок сосуда и внутри жидкости пузырьки пара, увеличиваясь в объеме, поднимаются на поверхность жидкости.

Процесс парообразования начинается при достижении жидкостью температуры кипения, которая называется температурой насыщения tн и на протяжении всего процесса остается неизменной.

Температура кипения, или температура насыщения, tн зависит от природы вещества и давления, причем с повышением давления tнувеличивается. Давление, соответствующее tн называется давлением насыщения рн.

Насыщенным паром называют пар, который образовался в процессе кипения и находится в динамическом равновесии с жидкостью. Насыщенный пар по своему состоянию бывает сухим насыщенным и влажным насыщенным.

Сухой насыщенный пар представляет собой пар, не содержащий капель жидкости и имеющий температуру насыщения (t=tн) при данном давлении.

Влажный насыщенный пар – это равновесная смесь, состоящая из капель жидкости, находящейся при температуре кипения, и сухого насыщенного пара.

Отношение массы сухого насыщенного пара mс.п. к массе влажного насыщенного пара mв.п. называется степенью сухости х влажного пара, то есть

Очевидно, что для жидкости х=0, для сухого насыщенного пара х=1.

Если к сухому насыщенному пару продолжать подводить теплоту, то его температура увеличится. Пар, температура которого при данном давлении больше, чем температура насыщения (t>tн), называется перегретым. Другими словами говоря перегретый пар – это пар, находящийся при температуре, превышающей температуру кипения жидкости при давлении, равном давлению перегретого пара. Величина превышения температурой пара температуры кипения жидкости называется степенью перегрева пара.

Водяной пар является реальным рабочим телом и может находиться в трёх состояниях: влажного насыщения, сухого насыщения и в перегретом состоянии. Для технических нужд водяной пар получают в паровых котлах (парогенераторах), где специально поддерживается постоянное давление.

Схема парогенератора

Котельная установка (парогенератор) служит для получения пара в широком диапазоне параметров и состоит из котельного агрегата и вспомогательного оборудования, связанных единой технологической схемой. К вспомогательному оборудованию относятся устройства топливо подачи, дымососы, золоуловители, паропроводы, водопроводы и др.

Схема котельного агрегата представлена на рис.1.

Котельный агрегат П-образной компоновки состоит из подъёмного 1 и опускного газоходов. Подъёмный газоход 2 представляет собой топку для сжигания топлива, на стенках которой установлены испарительные поверхности нагрева 3 в виде плоских трубчатых панелей, называемых экранами.

В опускном газоходе расположены водяной экономайзер 4 для подогрева питательной воды и воздухоподогреватель 5 для подогрева воздуха, идущего на горение в топку. На выходе из подъёмного газохода расположен фестон 6, представляющий собой разреженный пучок труб - продолжение заднего экрана.

В горизонтальной части газохода расположен пароперегреватель 7, обеспечивающий нагрев пара до заданной температуры.

Рис. 1. Схема котельного агрегата

Испарительные поверхности 3 сообщаются с барабаном котла 8 и вместе с опускными трубами 9, соединяющими барабан с нижними коллекторами 10 экранов, составляют циркуляционные контуры. Паровая смесь в барабане разделяется на насыщенный пар и воду, пар направляется в пароперегреватель, вода - снова в циркуляционные контуры. Циркуляция воды и пароводяной смеси в контурах происходит за счёт разности плотностей столба воды в опускных трубах и пароводяной смеси в подъёмных трубах - экранах (естественная циркуляция).

Топливо вместе с горячим воздухом через горелки 11 подается в топочную камеру, где сжигается. Продукты сгорания из топочной камеры направляются в пароперегреватель, экономайзер, воздухоподогреватель и через газоочистку удаляются в атмосферу.

Существуют различные конструктивные оформления котельных агрегатов, имеющих и другие схемы. Так, сжигание топлива может осуществляться не в факеле, а в слое. Циркуляция воды и пароводяной смеси в испарительной системе котла может быть принудительной с помощью насосов. Водяной экономайзер и воздухоподогреватель могут располагаться в несколько ступеней и т.д.

Page 3

За начальную температуру воды при любом давлении, принимают температуру t=0°С. Таким образом, линия I на рис.2 соответствует состояниям так называемой холодной жидкости при разных давлениях, имеющей температуру 0°С (изотерма холодной жидкости). Удельный объем воды при t=0°С принимается равным 0,001 м3/кг. Вследствие незначительной сжимаемости воды, линия I оказывается почти вертикальной прямой. Левее этой прямой находится область равновесного сосуществования воды и льда.

Рис.2.График процесса парообразования в pv-координатах

За начало отсчета u, i и s для воды принято считать тройную точку TT ( p0= 611 Па, t0=0,01 0C, v0=0,00100 м3/кг).

Пренебрегая влиянием давления на изменение объема воды, считают для всех состояний на линии I v0=0,00100 м3/кг, u0=0, i0=0 и s0=0.

Конечное состояние воды в стадии подогрева (точка b) определяется достижением при заданном давлении температуры кипения, которая зависит от давления. Из рv—диаграммы следует, что с увеличением давления температура кипения увеличивается. Эта зависимость устанавливается опытным путем.

Состояния кипящей воды для различных давлений будут соответствовать линии II, которая называется нижней пограничной кривой. Она изображает зависимость удельных объемов кипящей воды от давления. На нижней пограничной кривой степень сухости х = 0.

Параметры кипящей воды приводятся в таблицах в зависимости их от давления или температуры. Количество теплоты, необходимое для доведения воды до кипения равно

Дальнейший подвод теплоты к кипящей воде, который осуществляется в испарительном контуре парогенератора, сопровождается бурным парообразованием внутри жидкости и переходом части воды в пар. Таким образом, участку b—с будет соответствовать равновесное состояние смеси жидкости и пара (влажный насыщенный пар). В каждой точке этого процесса вода будет характеризоваться массовой долей содержащегося в ней сухого насыщенного пара (степенью сухости х).

Конечное состояние в этой стадии характеризуется полным превращением жидкости в пар, который будет иметь температуру, равную температуре насыщения (tc=tн) при заданном давлении. Такой пар, как уже упоминалось, носит название сухого насыщенного пара.

Процесс парообразования b—с является одновременно изобарным (p=p1=const) и изотермическим (T=T1=const). При этом затрачиваемая теплота расходуется не на повышение температуры, а только на преодоление сил притяжения между молекулами и на работу расширения пара.

Учитывая, что между температурой насыщения tн и давлением р существует однозначная связь, состояние сухого насыщенного пара будет определяться только одним параметром — давлением или температурой.

Состояния сухого насыщенного пара при разных давлениях будут соответствовать линии III, которая называется верхней пограничной кривой. Совершенно очевидно, что на верхней пограничной кривой в каждой точке степень сухости х=1.

Следует обратить внимание на то, что в процессе парообразования удельный объем воды резко увеличивается. Так, для воды при р = 0,1 МПа удельный объем кипящей водыv=0,001043 м3/кг, тогда как удельный объем сухого насыщенного пара равен 1,696 м3/кг. С увеличением давления эта разница уменьшается и в критической точке К удельные объёмы воды и пара равны 0,00326 м3/кг. При этом tкр=374,15 0С, а pкр=221,29 бар. При давлениях и температурах больших критических процесс парообразования отсутствует. Наблюдается переход воды в пар при пересечении изобары Tкр.

Задание: изучить процесс парообразования и конструкцию парогененератора.

Page 4

Справочный материал

Диаграмма водяного пара

Практическое занятие № 9

Цель работы: изучить процесс парообразования и представления в h-s диаграмме.

H, s-диагра́мма (чит. «аш-эс-диаграмма») (написание строчными буквами:«h,s-диаграмма»,) — диаграмма теплофизических свойств жидкости и газа (в основном воды и водяного пара), показывающая характер изменения различных свойств, в зависимости от параметров состояния.

В основном большое применение получили h, s-диаграммы воды и водяного пара, так как в качестве рабочего тела втеплотехнике чаще всего применяются именно вода и водяной пар, из-за их сравнительной дешевизны и доступности, причём наиболее пристальное внимание оказывается именно той части диаграммы, в которой вода впарообразном состоянии, так как в жидком состоянии она практически несжимаема.

Ещё в 1904 году немецкий теплофизик Рихард Молье разработал специальную диаграмму для упрощения и облегчения решений практических задач по теплотехнике, в которой в координатах энтальпии (h) и энтропии (s) графически отображаются сведения из таблиц состояний. В 1906 году в Берлине была издана его книга «Новые таблицы и диаграммы для водяного пара». Впоследствии такая диаграмма получила название Диаграмма Молье. В СССР некоторое время было принято название i, s-диаграмма, а в настоящее время - h, s-диаграмма.

Структура h, s-диаграммы

H, s-диаграммы чаще всего содержат в себе данные о свойствах воды в жидком и газообразном состояниях, так как они представляют наибольший интерес с точки зрения теплотехники.

§ Степень сухости - это параметр, показывающий массовую долю насыщенного пара в смеси воды и водяного пара. Значение x = 0 соответствует воде в момент кипения (насыщения). Значение х = 1, показывает, что в смеси присутствует только пар. При нанесении соответствующих точек в координатах (h,s), взятых из таблиц насыщения справочников свойств воды и водяного пара, при их соединении получаются кривые, соответствующие определённым степеням сухости. В таком случае, линия х = 0 является нижней пограничной кривой, а х = 1 - верхней пограничной кривой. Область, заключённая между этими кривыми, является областью влажного пара. Область ниже кривой х = 0, которая стягивается практически в прямую линию (не показана), соответствует воде. Область выше кривой х = 1 - соответствует состоянию перегретого пара.

§ Критическая точка (К). При определённом, достаточно высоком давлении, называемом критическим, свойства воды и пара становятся идентичными. То есть исчезают физические различия между жидким и газообразным состояниями вещества. Такое состояние называют критическим состоянием вещества, которому соответствует положение критической точки. Следует заметить, что она на пограничной кривой лежит гораздо левее максимума этой кривой.

§ Изотерма - изолиния, построенная методом объединения точек по значениям энтальпии и энтропии, соответствующих определённой температуре. Изотермы пересекают пограничные кривые с изломом и, по мере удаления от верхней пограничной кривой, асимптотически приближаются к горизонтали. На схеме для упрощения представлены только три изотермы: t + Δt; t; t - Δt.

§ Изобара - изолиния, построенная методом объединения точек по значениям энтальпии и энтропии, соответствующих определённому давлению. Изобары не имеют изломов при пересечении пограничных кривых. На схеме представлены только три изобары:

§ p + Δp; p; p - Δp.

§ Изохора - изолиния, построенная методом объединения точек по значениям энтальпии и энтропии, соответствующих определённому объёму. Изохоры на h, s-диаграмме в области перегретого пара, всегда проходит круче, чем изобары, и это облегчает их распознавание на одноцветных диаграммах. Построение изохор требует более кропотливой работы с таблицей состояний. На схеме представлены только три изохоры:

§ v - Δv; v; v + Δv.

Изотермы и изобары в области влажного пара совпадают по причине линейной зависимости в состоянии насыщения.

Определение параметров жидкости и пара по таблицам и h-s диаграмме

Таблицы для определения термодинамических свойств веществ различаются в зависимости от того, какое состояние рассматривается: однофазное или двухфазное. В таблицах для состояния насыщения приводятся удельные значения объема, энтальпии и энтропии воды и водяного пара (см. табл. 7 приложения); хладона R-22 (см. табл. 5 приложения); аммиака (см. табл. 6 приложения).

Параметры насыщенной жидкости (х = 0) отмечаются одним штрихом, Параметры сухого насыщенного пара (х = 1) отмечаются двумя штрихами.

Для определения свойств каждой из фаз в состоянии насыщения надо знать только один параметр – давление или температуру, так как при этих условиях параметры однозначно связаны между собой. В этих же таблицах приводится удельная теплота парообразования r.

Для расчета параметров влажного пара необходимо знать дополнительно степень сухости пара х.

Энтальпия h, энтропия s и удельный объем v влажного пара определяются по формулам: h = h˝·x + h΄·(1–x) = h΄+ r · x,

s = s˝∙x + s΄·(1–x) = s΄+ r·x/ТS,

v = v˝· x + v΄· (1–x).

Степень сухости пара определяется по одной из следующих формул:

Для определения свойств ненасыщенной жидкости и перегретого пара (однофазное состояние) нужно знать два параметра (обычно давление и температуру). В ячейке таблицы, соответствующей данному состоянию, помещены удельные значения объема v, энтальпии h и энтропии s.

На h-s диаграмме обычно изображаются:

линии изобар (p = const);

линии изотерм (t = const); в области влажного пара изотермы не представлены, так как они совпадают с изобарами; изохоры (v = const) – пунктирной линией или линией другого цвета;линии постоянной степени сухости влажного пара (x = const) ‑ в области влажного насыщенного пара.

Задача 1.Определить температуру насыщения, энтальпию и энтропию влажного водяного пара при давлении 2,0 бара и степени сухости 0,9 (рис. 2).

Решение: по h-s диаграмме:

Решение по таблице:из таблицы водяного пара находим параметры кипящей воды «′» и сухого насыщенного пара «″» при 2,0·105 Па

р v′ v″ h′ h″ r s′ s″
Па ºC м3/кг м3/кг кДж/кг кДж/кг кДж/кг кДж/ (кг·К) кДж/ (кг·К)
2,0·105 120,23 0,0010608 0,8859 504,7 2706,9 2202,2 1,5301 7,1286

По этим данным определяются энтальпия пара h и энтропия s:

h = h΄+ r·x = 504,7 + 2202,2·0,9 = 2486,68 кДж/кг.

s = s΄+ (r·x)/TS = 1,5301 + (2202,2·0,9)/(120,23+273) = 6,57 кДж/(кг·К).

Температура насыщения: tS = 120,23 ºС.

Задание: изучить структурудиаграммы состояния водяного пара

Page 5

Определение количества теплоты переданного через стенку

Практическое занятие № 10

Цель работы: изучить процесс передачи тепла.

Теплопередачей называется передача теплоты от горячего теплоносителя к холодному теплоносителю через стенку, разделяющую эти теплоносители.

Теплопроводность - способность материала передавать через свою толщину тепловой поток, возникающий из-за разности температур на противоположных поверхностях.

Теплопроводность характеризуется количеством теплоты, проходящей за 1 ч через образец материала толщиной 1 м, площадью 1 м2 при разности

температур на противоположных поверхностях образца 1 градуса Цельсия.

Различные материалы проводят теплоту по - разному: одни - быстрее (например: металлы), другие - медленнее (теплоизоляционные материалы).

Количественным показателем теплопроводности различных тел служит

коэффициент теплопроводности – λ (лямбда). Коэффициент теплопроводности численно равен количеству тепла в Джоулях, проходящему через 1м2 ограждения толщиной в 1 м в единицу времени при разности температур поверхностей ограждения 1 °С, и имеющим размерность Вт/(м×°С). Строительные материалы имеют коэффициенты теплопроводности в пределах от 3,5 (гранит) до 0,04 Вт/(м×°С) (пенополистирол).

Теплопроводность зависит от средней плотности и химико-минерального состава материала, его структуры, пористости, влажности и средней температуры материала. Чем больше пористость (меньше средняя плотность), тем ниже теплопроводность материала. С увеличением влажности материала теплопроводность резко увеличивается, т.е. снижаются показатели теплоизоляционных свойств материала.

Коэффициент теплоотдачи a на наружной или внутренней поверхности по физическому смыслу - это плотность теплового потока, отдаваемая соответствующей поверхностью окружающей ее среде (или наоборот) при разности температуры поверхности и среды в 1 оС. Величины, обратные коэффициентам теплоотдачи, принято называть сопротивлениями теплоотдаче на внутренней Rв,( м2. оС/Вт), и наружной Rн, ( м2. оС/Вт), поверхностях ограждения.

Примерами теплопередачи являются: передача теплоты от греющей воды нагревательных элементов (отопительных систем) к воздуху помещения; передача теплоты от дымовых газов к воде через стенки кипятильных труб в паровых котлах; передача теплоты от раскаленных газов к охлаждающей воде (жидкости) через стенку цилиндра двигателя внутреннего сгорания; передача теплоты от внутреннего воздуха помещения к наружному воздуху и т. д. При этом ограждающая стенка является проводником теплоты, через которую теплота передается теплопроводностью, а от стенки к окружающей среде конвекцией и излучением. Поэтому процесс теплопередачи является сложным процессом теплообмена.

Рассмотрим однослойную плоскую стенку толщиной d и теплопроводностью λ (рис.1).

Температура горячей жидкости (среды) t'ж, холодной жидкости (среды) t''ж. Количество теплоты, переданной от горячей жидкости (среды) к стенке по закону Ньютона-Рихмана имеет вид:

Q = a1 · (t'ж – t1) · F, (1)

Где: a1 – коэффициент теплоотдачи от горячей среды с температурой t'ж к поверхности стенки с температурой t1; F – расчетная поверхность плоской стенки.

Тепловой поток, переданный через стенку определяется по уравнению:

Q = / · (t1 – t2) · F.

Где: dтолщина стенки.

Тепловой поток от второй поверхности стенки к холодной среде определяется по формуле: Q = а2 · (t2 - t''ж) · F, (3)

Где: a2 – коэффициент теплоотдачи от второй поверхности стенки к холодной среде с температурой t''ж.

Решая эти три уравнения получаем: Q = (t'ж – t''ж) • F • К, (.4)

где: К = 1 / (1/1 + / + 1/2 )– коэффициент теплопередачи, (5) или R0 = 1/К = (1/1 + / + 1/2 )– полное термическое сопротивление теплопередачи через однослойную плоскую стенку. (6),

1/a1, 1/a2 – термические сопротивления теплоотдачи поверхностей стенки; / - термическое сопротивление стенки.

Пример расчета: Стенка из кирпича толщиной  =300 мм и теплопроводностью λ = 0,8 Вт/(м град) разделяет две среды, с которыми осуществляется теплообмен: tcр1 = 20 0С, коэффициент теплоотдачи α1 = 10 Вт/(м2 град); : tcр2 = -10 0С, коэффициент теплоотдачи α2 = 30 Вт/(м2 град).

Определить температуры поверхностей стенки.

Решение. В этой задаче на ограничивающих поверхностях заданы граничные условия третьего рода: плотность теплового потока с поверхности определяется законом Нъютона - Рихмана – q пов = α(tпов-tср), где tср – температура окружающей среды. В этом случае к термическому сопротивлению самой стенки добавляются сопротивления на границах :

=0.1+0.375+0.033=0.508; плотность теплового потока через стенку . На границе со средой 1 (tcр1 = 20 0С) формулу Нъютона - Рихмана надо записать как q пов = α1(tср1-t1), где t1 – температура первой поверхности стенки (теплота распространяется в направлении убывания температуры). Тогда tср1 - 0C. Аналогично, на второй границе q пов = α2(t2-tср2), откуда 0C.

Задание: решить задачу в соответствии с заданием своего варианта

Стенка материала толщиной  и теплопроводностью λ разделяет две среды, с которыми осуществляется теплообмен: первая среда - температура tcр1 , коэффициент теплоотдачи α1 = 10 Вт/(м2 град); : вторая среда -температура tcр2, коэффициент теплоотдачи α2 = 30 Вт/(м2 град).

Определить температуры поверхностей стенки. Построить график распределения температуры по толщине стенки.

Таблица задания №1

вариант Толщина стенки, мм. материал стенки   вариант Толщина стенки, мм. Теплопроводность материала стенки м2. оС/Вт
Сталь Торфоплита
Листовой асбест Шамотный кирпич
Шамотный кирпич Листовой асбест
Красный кирпич Сталь
Торфоплита Сталь

Таблица №2 Коэффициент теплопроводности материала λ

Сталь 45,4 Вт/(м⋅оС)
Листовой асбест 0,1163 Вт/(м⋅оС)
Деревянная обшивка 0,107 Вт/(м⋅оС)
Торфоплита 0,064 Вт/(м⋅оС)
Пробковая пластина 0,042 Вт/(м⋅оС)
Красный кирпич 0,8 Вт/(м⋅оС)
Шамотный кирпич 1,28 Вт/(м⋅оС)

Литература

1. Кузовлев В. А. Техническая термодинамика и основы теплопередачи. М.: Высш. шк., 1983. -335 с.

2. Лашутина Н.Г. Техническая термодинамика с основами теплопередачи и гидравлики. Л., Машиностроение, 1988. – 366 с.

3. Черкасский В. М. Насосы, вентиляторы, компрессоры. М.: Энерrоиздат. 1984. 416 с,

4. Брюханов О.Н. Основы гидравлики и теплотехники: учебник для студ.сред.проф.образования М.,Академия, 2008.- 240с.

studopedia.su

Устройство и принцип работы поршневого насоса, компрессора

Что такое поршневой компрессор и как он работает? Это поршневой насос сжимающий газ. Если сжимается жидкость, говорят о насосе. Если сжимается какой-либо газ, то говорят о компрессоре. Принцип действия у поршневого насоса и поршневого компрессора одинаков.

Схема работы поршневого компрессора

На рисунке показана минимальная компоновка поршневого компрессора:

  1. Впускной клапан
  2. Выпускной клапан
  3. Поршень
  4. Шатун
  5. Коленчатый вал
  6. Цилиндр

Слева показан цикл впуска газа в цилиндр. Когда поршень идет вниз, под впускным клапаном возникает разряжение. Этот клапан, прижатый к седлу пружиной, открывается (из-за разности давлений над ним и под ним). Газ всасывается в цилиндр. Справа показан цикл сжатия газа. Поршень идет вверх, сжимая газ. Под давлением закрывается впускной клапан, открывается выпускной, газ устремляется в нагнетательную трубу.

Привод компрессора может быть электрическим, бензиновым, дизельным. Соответственно, коленчатый вал получает вращение от электродвигателя или же от двигателя внутреннего сгорания, бензинового или солярочного.

Видео: поршневой насос - принцип работы

Типы поршневых компрессоров

Выше был показан самый простой компрессор одностороннего действия. Намного эффективнее компрессор двустороннего действия.

Поршневой компрессор двустороннего действия

Как видим из рисунка, для всасывания и нагнетания воздуха, используется движение поршня как в одну, так и в другую сторону. Когда слева газ сжимается и соответственно нагнетается, справа идет всасывание. И наоборот. Производительность увеличивается почти в два раза. Чуть меньше, так как шток, толкающий поршень занимает некоторый объем.

Выше показаны одноцилиндровые компрессоры. Также производят двух, трех и более цилиндровые. Соответственно и мощность будет больше в два, три и более раз.

Двухцилиндровый поршневой компрессор

В таких агрегатах поршни ходят в противофазе. Этим достигается равномерность подачи воздуха. Также уменьшается тряска компрессора.

По расположению цилиндров бывают горизонтальные, вертикальные, угловые компрессоры.

Также различаются компрессоры по количеству ступеней сжатия. Вышерассмотренные компрессоры были одноступенчатыми. Бывают также и двух, трех и более ступенчатые.

Двухступенчатый поршневой компрессор

Воздух, сжатый в первом цилиндре, поступает в меньший по объему второй цилиндр. Там он дожимается до более высокого давления. Понятно, что двухступенчатый компрессор должен иметь два цилиндра. При сжатии газа происходит его нагрев. Поэтому сжатый газ из первого цилиндра попадает во второй через охладитель. Его изготавливают из материала быстро отдающего тепло. Чаще всего это медная трубка.

Двухступенчатый компрессор имеет более высокий КПД. Это происходит по нескольким причинам:

  • промежуточное охлаждение воздуха, делает работу компрессора более комфортной. Меньше изнашиваются трущиеся части оборудования. Например, пара поршень – цилиндр.
  • при одинаковой мощности привода, двухступенчатый компрессор на выходе дает большее давление.

Первый компрессор, созданный человеком, был поршневой. Потом появились другие виды. Самое общее деление компрессоров: объемные и динамические. В объемных компрессорах газ сжимается за счет уменьшения объема камеры. В динамических - за счет взаимодействия с лопатками ротора. К объемным, помимо поршневых компрессоров, относятся и широко распространенные винтовые компрессоры.

Видео: как работает поршневой компрессор

Устройство и принцип работы винтового компрессора

Два винта ведущий и ведомый синхронно вращаются в паре. Зубья одного входят во впадины второго. Но винты, их металлические поверхности не соприкасаются. Он расположены параллельно друг другу на валах. На этих же валах имеются шестерни, которые входят в зацепление друг с другом, что обеспечивает жесткую кинематическую связь между винтами.

Винтовой компрессор

Роторы (винты) вращаются навстречу друг другу. Воздух через отверстие в корпусе поступает в пространство между винтами. Ввиду того, что зазор между роторами очень мал: 0,1 – 0,3 мм, по мере вращения воздух отсекается от атмосферы и захватывается винтами. Дальнейший поворот валов приводит к уменьшению объема воздуха и значит к его сжатию. На выходе получаем высокое давление.

Вместе с воздухом впрыскивается машинное масло, которое уменьшает зазор между винтами до нуля. Кроме того, масло смазывает винты, уменьшая силы трения. Также масло забирает лишнее тепло, которое неизбежно возникает по мере сжатия воздуха.

Когда камера, образованная винтами, соединяется с выпускным отверстием, воздухомасляная смесь под давлением выбрасываются в нагнетательную линию. Далее смесь проходит через масляный фильтр, который задерживает масло и передает его обратно в систему.

Преимущества винтового компрессора перед поршневым очевидны:

  1. равномерность работы намного превосходит поршневой компрессор
  2. межремонтный период в разы больше
  3. небольшие габариты, легко монтировать
  4. КПД на 30% больше поршневых

Видео: работа и устройситво винтового компрессора

Безмасляный компрессор

На данный момент наша промышленность очень сильно нуждается в безмасляных компрессорах, которые бывают как поршневыми, так и винтовыми. В некоторых случаях недопустимо наличие масла в воздухе даже в минимальных количествах. Например, для надувания кислородной подушки. Или для заполнения кислородного баллона.

Чтобы поршневой компрессор был безмасляным, поверхность его цилиндров покрыта специальным составом, позволяющим работать без машинного масла. Также и поршень покрывается спецсоставом. Несмотря на большие достижения в области материалов, уменьшающих скольжение, время непрерывной работы безмасляного поршневого компрессора ограничено. В некоторых моделях 10 – 15 минут в час.

Видео: безмаслянные компрессоры

Чтобы винтовой компрессор выдавал сжатый воздух абсолютно без масла, оно не должно использоваться для уплотнения роторов, и охлаждения. То есть в камеру сжатия масло не впрыскивается. Чтобы такой агрегат успешно работал и не нагревался, к изготовлению винтов предъявляют повышенные требования. Степень сжатия уменьшается, по сравнению с масляными, в 3 – 4 раза.

Безмасляные компрессоры уступают масляным по всем параметрам, кроме одного – чистоте сжатого воздуха. Поэтому если покупателю не нужен абсолютно чистый сжатый газ, лучше брать масляный компрессор.

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 1 чел.Средний рейтинг: 5 из 5.

principraboty.ru


Смотрите также

 
ООО "ЭлитСтрой" - производство и продажа пеноблоков
Карта сайта.XML.