Описание работы компрессора

Реферат

В курсовой работе в соответствии с заданием выполнено решение задачи №1 из раздела «Техническая термодинамика» и задач №2 и №3 из раздела «Теплопередача». Даны ответы на контрольные вопросы из указанных разделов.

Курсовая работа содержит 23 страницы и 12 рисунков.

Содержание

Введение…………………………………………………………………….2

1. Задача №1………………………………………………………………...3

2. Задача №2………………………………………………………………...9

3. Задача №3……………………………………………………………….13

4. Контрольный вопрос……………………………………..…………….16

Литература………………………………………………………………...18

Введение

Теплотехника — общетехническая дисциплина, изучающая методы получения, преобразования, передачи и использования теплоты, а также принцип действия и конструктивной особенности тепло- и парогенераторов тепловых машин, агрегатов и устройств. Теоретическими разделами теплотехники, в которых исследуются законы превращения и свойства тепловой энергии, а также процессы распространения теплоты являются техническая термодинамика и теориятеплообмена. В развитии теплотехники и её теоретических основ большая заслуга принадлежит российским учёным. Д. И. Менделеев провёл фундаментальные работы по общей теории теплоёмкостей и установил существование для каждого вещества критической температуры. М. В. Ломоносов создал основы молекулярно-кинетической теории вещества и установил взаимосвязь между тепловой и механической энергией.

В данной курсовой работе будут рассмотрены задачи по сжатию воздуха в одноступенчатом поршневом компрессоре, расчёту площадей поверхности нагрева для прямоточного и противоточного теплообменников, а также задачи по расчёту теплообмена газа, проходящего по стальной трубе, с охлаждающей трубу жидкостью.

Задача №1

Воздух с начальной температурой сжимается в одноступенчатом поршневом компрессоре от давления до давления . Сжатие может происходить по изотерме, по адиабате и по политропе с показателем .

Определить для каждого из трёх процессов сжатия конечную температуру газа ; изменение внутренней энергии рабочего тела; изменение энтальпии; теоритическую мощность компрессора, если его производительность .

Изобразить процессы сжатия в PVкоординатах, а также изобразить все процессы, происходящие в цилиндре, и описать работу компрессора.

Дано:

;

;

;

;

;

;

.

?

?

Рисунок 1.1 – Процессы сжатия компрессора

Решение:

Из уравнений идеального газа выводим расчётную формулу для нахождения конечной температуры газа:

Найдём температуры для различныхпроцессов.

1. Для изотермического процесса

.

2. Для адиабатного процесса

3. Для политропного процесса

Определим работу для сжатия 1 кг газа.

1. Для изотермического процесса

2. Для адиабатного процесса

3. Для политропного процесса

Определим теоритическую мощность.

1. Для изотермического процесса

2. Для адиабатного процесса

3. Для политропного процесса

Найдём изменение внутренней энергии рабочего тела при сжатии.

1. Для изотермического процесса

2. Для адиабатного процесса

3. Для политропного процесса

Вычислим изменение энтальпии.

1. Для изотермического процесса

2. Для адиабатного процесса

3. Для политропного процесса

Описание работы компрессора.

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 кривошипно-шатунным механизмом от вала с приводным двигателем.

Рисунок 1.2 – Схематическое устройство компрессора

Поршневой компрессор засасывает пары хладагента со стороны низкого давления и сжимает их до давления конденсации, при котором они могут отдать окружающей среде тепло, воспринятое в испарителе и компрессоре.

Рабочее пространство компрессора со сторонами всасывания и нагнетания сообщается через всасывающие и нагнетательные клапаны. Они открываются и закрываются вследствие перепада давления между рабочей полостью компрессора и пространством за клапаном.
Для открытия всасывающего клапана давление в цилиндре должно быть меньше давления на стороне испарения, откуда в цилиндр поступают новые порции паров хладагента.

Нагнетательный клапан сообщает полость цилиндра со стороной нагнетания лишь тогда, когда давление в цилиндре превысит давление в конденсаторе.

Для отвода тепла от цилиндров, которые сильно разогреваются при сжатии паров, поршневые компрессоры снабжают рубашками охлаждения или ребрами (при охлаждении воздухом). Через рубашки охлаждения пропускают холодную воду, а ребра охлаждения отдают тепло окружающему воздуху.

При нагревании сам поршень и несущая его деталь — шатун или шток удлиняются, поэтому в устройстве поршневого компрессора предусмотрено, что при нахождении поршня в крайнем положении, называемом «мертвой точкой», между его кромкой и крышкой остается зазор, называемый «мертвым» или «вредным» пространством. Чем больше «вредное» пространство, тем меньше новых паров хладагента всасывается в цилиндр компрессора. Размер вредного пространства вертикальных компрессоров — до 1 мм, горизонтальных 1,2—2,5 мм.

При работе компрессоров различают сухой и мокрый ход.

Сухим ходом компрессора называется такая его работа, при которой пары, засасываемые компрессором, не содержат капелек жидкого хладагента. Сухой ход — важное условие безаварийной работы машины.
При влажном ходе пары несут с собой большое количество капель и тумана жидкости, которые, доиспаряясь во всасывающем трубопроводе и цилиндре, уменьшают холодопроизводительность компрессора. При этом всасывающий коллектор и стенки цилиндра покрываются снеговой шубой.

Влажный ход может привести к гидравлическому удару при попадании между крышкой цилиндра и поршнем такого количества жидкого хладагента, которое превышает объем мертвого пространства.

Процессы, происходящие в поршневом компрессоре, можно показать в диаграмме (рис. 1.3), устанавливающей зависимость давления Р от хода поршня или объема Vh, описываемого поршнем во время его движения.

Линия 4—1 представляет собой линию всасывания. Она лежит несколько ниже изобары Р0 вследствие сопротивления клапанов.

Адиабата 1—2 характеризует сжатие в цилиндре, которое сопровождается повышением давления и температуры паров.

Линия 2—3 представляет процесс выталкивания паров через нагнетательные клапаны в конденсатор. Из-за сопротивления в нагнетательных клапанах и трубопроводах давление нагнетания несколько выше давления конденсации.

Линия 3—4 характеризует расширение сжатых паров, оставшихся в конце сжатия во вредном пространстве цилиндра; этот процесс продолжается до тех пор, пока давление в цилиндре не достигает величины, при которой открывается всасывающий клапан.

Действительный процесс сжатия паров хладагента отличается от теоретического. Объясняется это тем, что происходит оно не по адиабате, а по другой кривой (политропе) и тем, что всасываются не сухие насыщенные, а перегретые пары.

Рисунок 1.3 - PVдиаграмма рабочего процесса одноступенчатого поршневого компрессора

Задача №2

Имеется рекуперативный теплообменник для подогрева воды от начальной температуры до . Греющий теплоноситель – газ с температурами и . Коэффициент теплопередачи . Определить необходимую площадь поверхности нагрева при прямоточной и противоточной схемах движения теплоносителей, если расход воды .

Дано:

;

;

;

;

;

;

.

?

?

Рисунок 2.1 – Диаграмма распределения температур

поповерхности прямоточного теплообменника

Решение:

Перед тем, как находить площади поверхностей нагрева, вычислим по формуле (1) теплоту, которая отдаётся от горячей к холодной воде

, (1) где – коэффициент теплопроводности воды;

– расход воды;

– разность температур.

Подставим известные величины в формулу (1) и получим

Вычисление площади поверхности нагрева прямоточного теплообменника.

Пользуясь рис. 2.1 найдём и

Вычислим средний логарифмический температурный напор

Площадь нагрева при прямоточной схеме движения будет равна

Вычисление площади поверхности нагрева противоточного теплообменника.

Рисунок 2.2 – Диаграмма распределения температур по поверхности противоточного теплообменника

Пользуясь рис. 2.2 найдём и

.

Вычислим средний логарифмический температурный напор

Площадь нагрева при прямоточной схеме движения будет равна

На основании расчётных данных можно сделать вывод о том, что при данных условиях противоточный теплообменник будет являться более экономичным, т.к. при его конструировании он даёт меньший расход по использованию металла.