Короткі теоретичні відомості

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №6

Тема: Розрахунок поршневого компресора та повітряно-компресійної холодильної установки.

Мета: Вивчити порядок та методику розрахунку параметрів робочого процесу поршневого компресора та повітряно-компресійної холодильної установки.

Порядок виконання роботи

1. Згідно свого варіанту значень (табл.1), (табл.2), (табл.3), розв’язати завдання:

Завдання 1.

Газ з початковою температурою t₁ стискається в одноступінчастому поршневому компресорі від тиску Р₁ до тиску Р₂. Стиск може проходити по ізотермі, по адіабаті по політропі n. Визначити для кожного з трьох процесів:

- кінцеву температуру газу t₂;

- відведену від газу теплоту Q;

- витрату холодної води М, якщо температура її підвищується на Dt;

- зміну внутрішньої енергії і ентропії;

- теоретичну потужність компресора, при його продуктивності G. Зобразити процеси стиску в (p-v) та (T-s) діаграмах. Теплоємність води С_р=4,19кДж/кг×К.

Завдання 2.

В компресор повітряної холодильної установки повітря надходить з холодильної камери при тиску Р₁ і температурі t₁. Після ізоентропного стиску до Р₂, повітря надходить в теплообмінник, де при сталому тиску Р₂ його температура знижується до температури t₃. Після цього, повітря потрапляє на турбіну, де ізоентропно розширюється до початкового тиску Р₁. Далі, повітря знову повертається до холодильної камери в якій при сталому тиску Р₁ відбирає теплоту від охолоджувального середовища і нагрівається до температури t₁.

Визначити:

- холодильний коефіцієнт;

- температуру повітря t₄, що надходить до холодильної камери;

- кількість теплоти, яка передається холодній воді в теплообміннику;

- витрату повітря і теоретичну потрібну потужність, якщо холодопродуктивність установки Q.

Навести принципову схему установки і зобразити її цикл в (T-s) діаграмі.

Таблиця.1

Варіанти значень

Номер залікової книжки	Варіант значень (табл.2)	Варіант значень (табл.3)	Номер залікової книжки	Варіант значень (табл.2)	Варіант значень (табл.3)

Таблиця 2

Параметри величин

Варіант значень	Завдання 1
Газ	P2, (МПа)	n	t1, (0C)	P1, (МПа)	G ×103 (кг/год)	Dt, (0C)
	Повітря	0,9	1,18		0,1	0,3
	CO2	1,0	1,25		0,08	0,4
	NO2	0,8	1,20		0,12	0,5
	O2	0,95	1,23		0,14	0,6
	NH3	1,1	1,27		0,09	0,7
	CO	0,85	1,3		0,15	0,8
	CH4	1,2	1,22		0,11	0,9
	C2H2	0,7	1,24		0,13	1,0
	N2	0,75	1,19		0,16	1,1
	SO2	0,6	1,21		0,17	1,2
	Повітря	0,95	1,18		0,13	0,7
	CO2	1,1	1,25		0,16	0,8
	NO2	0,85	1,20		0,17	0,9
	O2	1,2	1,23		0,09	1,0
	NH3	0,7	1,27		0,15	1,1
	CO	0,75	1,3		0,11	1,2
	CH4	0,6	1,22		0,1	0,3
	C2H2	0,9	1,24		0,08	0,4
	N2	1,0	1,19		0,12	0,5
	SO2	0,8	1,21		0,14	0,6

Таблиця 3

Параметри величин

Варіант значень	Завдання 2
P1, (МПа)	t3, (0C)	Q, (кВт)	t1, (0C)	P2, (МПа)
	0,1			-10	0,45
	0,12			-14	0,50
	0,11			-8	0,60
	0,13			-5	0,55
	0,14			-12	0,65
	0,09			-6	0,70
	0,135			-4	0,75
	0,125				0,40
	0,105			-13	0,57
	0,115			-9	0,48
	0,1			-9	0,48
	0,12			-13	0,57
	0,11				0,40
	0,13			-4	0,75
	0,14			-6	0,70
	0,09			-12	0,65
	0,135			-5	0,55
	0,125			-8	0,60
	0,105			-14	0,50
	0,115			-10	0,45

Короткі теоретичні відомості

Розрахунок параметрів робочого процесу поршневого компресора виконують в такій послідовності:

1. Використовуючи рівняння стану ідеальних газів визначають відповідні параметри стану газу у визначених точках.

2. Залежно від робочого процесу, визначають кількість теплоти яку необхідно відвести від газу, зміну внутрішньої енергії і ентропії в процесі. Розрахунок даних параметрів проводиться до 1кг робочого тіла, а потім проводиться розрахунок відповідно до визначеної продуктивності G за формулою (при цьому одиниця розмірності теплоти з урахуванням продуктивності буде Дж/с або Вт):

де: q_1-2 - кількість теплоти, яку необхідно відвести від 1кг газу в процесі стиску (Дж/кг); G – продуктивність компресора (у формулу потрібно підставляти значення розмірності її переведене в кг/с ).

3. Знаючи кількість теплоти, яку потрібно відвести від робочого тіла, визначається витрата холодної води М:

де: с_р – теплоємність води (кДж/кг×К); Dt – різниця температури підведеної та відведеної води (⁰С).

4. Теоретичну потужність компресора, при його продуктивності G розраховують за формулою (кВт):

де: l – теоретична робота компресора (Дж/кг) (визначається за відомими формулами залежно від робочого процесу). Розмірність продуктивності G в даній формулі потрібно підставляти в (кг/с).

Для розв’язку другого завдання, спочатку необхідно, умовно зобразити робочий цикл установки в (p-v) та (T-s) координатах, показати характерні точки (1,2,3,4) та процеси (1-2, 2-3, 3-4, 4-1). Після чого, використовуючи рівняння стану ідеальних газів визначити параметри в характерних точках. Далі, виходя з рівнянь що характеризують основні термодинамічні процеси визначають параметри теплоти та роботи у відповідних процессах.

Кількість теплоти, яка передається холодній воді в теплообміннику потрібно розраховувати з урахуванням холодопродуктивності установки Q, для цього, спочатку визначають витрату М холодильного агенту (повітря) (кг/с):

де: q_4-1 – теплота, яка відводиться з холодильної камери (в процесі 4-1) (Дж/кг).

Далі, кількість теплоти, яка передається холодній воді в теплообміннику (Дж) визначається як:

де: q_2-3 – теплота, яка передається холодній воді в теплообміннику (в процесі 2-3) (Дж/кг).

Холодильний коефіцієнт визначається як:

де: l_ц – робота циклу компресійної установки (Дж/кг) визначається як:

; (7)

де: l_к=l_1-2 – робота компресора (робота в процесі 1-2) (Дж/кг); l_3-4 – робота повітря на турбіні (процес 3-4) (Дж/кг). Параметри роботи визначають за відомими формулами для відповідного процесу.

Теоретичну потужність, яка необхідна для приводу компресора розраховують за формулою: