Випробування поршневого компресора

Затверджено

на засіданні кафедри

прикладної гідроаеромеханіки і механотроніки

Протокол № 7 від хх.хх.2011 р.

Методичні вказівки

До ВИКОНАННЯ лабораторних робіт

з навчальної дисципліни

“компресорні машини”

для студентів спеціальності 7.05050205 “ Гідравлічні машини, гідроприводи та гідропневмоавтоматика”

Київ

НТУУ “КПІ”

Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з навчальної дисципліни “Компресорні машини” для студентів спеціальності 7.05050205“Гідравлічні машии, гідроприводи та гідропневмоавтоматика’’ / В. С. Кривошеєв. – К.: НТУУ “КПІ”, 2006.- 43 с.

Гриф надано Методичною радою НТУУ ”КПІ’’

(протокол № 1 від хх вересня 2011 р.)

Навчальне видання

Методичні вказівки

До ВИКОНАННЯ лабораторних робіт

З НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ

“компресорні машини”

Укладач Вячеслав Семенович Кривошеєв, канд. техн. наук, доцент,

доцент кафедри прикладної гідроаеромеханіки і механотроніки

Відповідальний редактор О. М. Яхно, доктор техн. наук, професор

Рецензент В.М. Турик, канд. техн. наук, доцент

За редакцією укладача

Зміст

Лабораторна робота №1. Випробування поршневого компресора…………

1. Компресорна установка…………………………………………………

2. Основні дані компресора………………………………………………..

3. Стислий опис компресорної установки………………………………..

4. Основні експлуатаційні особливості компресора та його пуск………

5. Методика випробувань………………………………………………….

6. Визначення продуктивності компресора………………………………

7. Визначення ступеня підвищення тиску (стиску) газу в компресорі ..

8. Визначення напору компресора при різних процесах стиску газу…..

9. Визначення політропної потужності компресора…………………….

10. Визначення потужності на валу компресора………………………….

11. Визначення політропного ККД компресора…………………………..

12. Допоміжні графіки для визначення напорів…………………………..

13. Визначення основних характеристик компресора……………………

14. Основні контрольно-вимірювальні прилади…………………………..

15. Обсяг роботи і порядок виконання випробувань……………………..

16. Контрольні питання.

Лабораторна робота №2. Випробування відцентрового вентилятора…

1. Установка для випробовування вентилятора………………………………

2. Методика випробовування………………………………………………….

2.1. Визначення характеристики при сталій частоті обертання

2.1.1. Визначення об’ємної продуктивності (витрати)

2.1.2. Визначення тиску (напору), що розвивається вентилятором…

2.1.3. Визначення потужності і ККД вентилятора................................

3. Визначення характеристики мережі…………………………………….

4. Визначення характеристики при різній частоті обертання n=var……..

5. Визначення безрозмірної характеристики………………………………

6. Обсяг роботи………………………………………………………………

7. Порядок проведення випробовувань…………………………………………

8. Контрольні питання……………………………………………………….

Додаток 1. Протокол лабораторної роботи №1………………………………..

Додаток 2. Протокол лабораторної роботи №2……………………………….

Література……………………………………………………………………….

Методичні вказівки до лабораторних робіт по компресорним машинам підготовлені з врахуванням того, що часто лабораторні роботи виконуються раніше вивчення теоретичної частини навчальної дисципліни. Тому у вказівках коротко викладені основні відомості і поняття з окремих розділів навчальної дисципліни, що забезпечує студентам самостійну підготовку до виконання лабораторних робіт по компресорним машинам.

Мета лабораторних робіт по компресорним машинам - ознайомлення з будовою основних деталей, вузлів та машин в цілому, а також умовамиїх експлуатації.

При виконанні лабораторних робіт студенти закріплюють теоретичний матеріал, отриманий на лекціях або при самостійному вивченні відповідних розділів навчальної дисципліни, і набувають вміння і практичні навички у визначенні основних параметрів роботи компресорних машин, побудові характеристик машин та виборі зон оптимальної роботиїх в умовах промислової експлуатації, дослідженні роботи машин та застосуванні відповідної контрольно-вимірювальної апаратури.

Лабораторна робота №1

ВИПРОБУВАННЯ ПОРШНЕВОГО КОМПРЕСОРА

Мета роботи – ознайомити студентів з основними елементами конструкції поршневого компресора та компресорної установки, з умовами її експлуатації, з елементарним методом дослідження роботи компресора і контрольно-вимірювальною апаратурою, що застосовується для цього; визначити основні параметри роботи компресора, необхідні для побудови характеристики.

Компресорні машини застосовують для переміщення газу та підвищення тиску (стиснення).

В поршневому компресорі досягається найбільше підвищення тиску газу при мінімальній (в порівнянні з іншими компресорами) продуктивності.

Основні параметри (величини), що характеризують роботу поршневого компресора:

тиск газу на вході в циліндр - р₁ і виході з циліндру - р₂, Па, кгс/см²;

абсолютна термодинамічна температура газу відповідно - Т₁ і Т₂, К;

ступінь підвищення тиску (стиску) газу в циліндрі - e= р₂/ р₁;

продуктивність (подача): об’ємна Q, м³/с, м³/хв; вагова G, Н/с, Н/хв, кгс/хв;

масова М, кг/с, кг/хв;

коефіцієнт продуктивності l;

частота обертання вала двигуна n, об/с, об/хв;

коефіцієнт корисної дії (ККД) h;

напір Н, Дж/кг, кгс×м/кгс;

потужність (на валу компресора), , кВт.

Компресорна установка

Схема компресорної установки зображена на рис. 1.1. Вона складається з компресора 1, поршні якого приводяться в рух електродвигуном постійного струму (на схемі не вказаний), повітряного фільтру 2, мастиловологовідділювача 3, повітрозбірника (ресивера чи зрівнювального бака) 4 і зворотного клапана 5.

2. Основні дані компресора

· Марка компресора ВУ-3/8, що означає – повітряний (рос. – воздушный), кутовий (У-образне розміщення циліндрів), продуктивність розрахункова м³/хв, надлишковий (манометричний) тиск нагнітання 8 кгс/см²; частота обертання вала компресора n=960 об/хв, потужність на валу компресора кВт.

· Тип компресора – поршневий двоциліндровий, двоступінчатий (з послідовно підключеними циліндрами), звичайної (одинарної) дії, тобто стиск газу відбувається з одного боку поршня.

· Основні геометричні дані: діаметр циліндра низького тиску (ЦНТ) D₁=220 мм, циліндра високого тиску (ЦВТ) D₂=120 мм, хід поршня в обох циліндрах S=100мм.

3. Стислий опис компресорної установки

На рис. 1.1 показаний схематичний вертикальний розріз компресора по циліндрах (ЦНТ і ЦВТ), розташованих під кутом 90°. В кожному циліндрі є поршні 6 і 7, які шатунами 8 і 9 з’єднані з колінчастим валом. Двигун обертає колінчастий вал і приводить поршні в зворотно-поступальний рух різного напрямку в кожному циліндрі. Для зменшення тертя поршнів по стінках в циліндр подається мастило. Таким чином, коли в ЦНТ закінчився процес стиснення повітря, відбувається нагнітання його в ЦВТ (на схемі зображений момент роботи, коли нагнітання повітря в ЦНТ закінчене). Подальше стиснення повітря відбувається в ЦВТ, а в цей час в ЦНТ відбувається всмоктування повітря з атмосфери.

На кришках циліндрів є всмоктуючий і нагнітальний клапани, які забезпечують цикл роботи кожного циліндра.

При вході в ЦВТ встановлюється повітряний фільтр 2 для очищення повітря від зважених в повітрі твердих частинок. При стиснені газу підвищується його температура відповідно до залежності .Для надійної роботи компресора циліндри охолоджуються водою, що проходить крізь спеціальні сорочки 10, а повітря з ЦНТ проходить крізь холодильник ребристого типу 12, в якому по зовнішньому циліндру проходить стиснене повітря, а по внутрішньому – вода.

З холодильника повітря поступає в проміжний мастиловологовідділювач 11 і далі в ЦВТ. З компресора стиснене повітря поступає в основний мастиловологоовідділювач 3, де відбувається його основне очищення від конденсату, нагару і мастила, і далі в повітрозбірник 4, в якому тиск газу вирівнюється, і поступає споживачу.

Для безпеки роботи зворотній клапан 5 обов’язково встановлюється за компресором і автоматично перекриває повернення повітря в компресор. Також для безпеки роботи на проміжному холодильнику і повітрозбірнику встановлюються запобіжні клапани 14 і 15, що підтримують певний тиск в циліндрах і повітрозбірнику.

4. Основні експлуатаційні особливості компресора та його пуск

Компресор вибухонебезпечний, так як температура спалаху мастила, що знаходиться у циліндрах, складає 220 ... 240°С (такої температури можна досягти при адіабатному стиснені повітря при e=6), а гримуча суміш, утворена від нагару, може спалахнути і раніше. Тому гранична ступінь підвищення тиску повітря, що утворюється в одній ступені, обмежена температурою спалаху мастил і не повинна перевищувати і перед пуском компресора необхідно ввімкнути систему охолодження компресора і мастильний насос (якщо він встановлений окремо), а також необхідно вести контроль температури повітря на виході, яка не повинна перевищувати 160°С.

Через зворотно-поступальний рух поршнів подача газу нерівномірна, тому тиск в напірній магістралі коливається, що можна спостерігати по ударам зворотного клапана.

Наявність мастила та вологи в газі, що подається, вимагає встановлення спеціального мастиловологовідділювача на напірній магістралі.

Попадання мастила і нагару з компресора в напірну магістраль і повітрозбірник також може призвести до вибуху цих елементів установки.

Методика випробувань

При роботі компресора здійснюється політропний процес стиснення газу з охолодженням. В цьому випадку показник політропи m менше показника адіабати k.

Основна мета даної роботи – визначити основні характеристики компресора при певному режимі роботи:

де - ступінь підвищення тиску компресора; - політропний ККД.

Крім цього наближено визначають політропний напір без проміжного охолодження (між циліндрами), адіабатний і ізотермний напори компресора для порівняння їх значень і виявлення змін роботи, затраченої на стиснення і переміщення газу при різних процесах його стиснення.

6. Визначення продуктивності компресора

Продуктивність компресора визначають за допомогою витратомірної діафрагми 13 (див. рис. 1.1), що встановлюється в перерізі скидної труби (після повітрозбірника), по тарувальним графікам відповідно до показів манометра Δр₅ і термометра t₅, що встановлюються перед діафрагмою.

Порядок побудови тарувальної кривої аналогічний тому, який використо-вувався в роботі “Випробовування відцентрового вентилятора”. Але тут викорис-товують лише одну діафрагму. Тарувальні криві остаточно перевіряють експери-ментально.

Криві для визначення витрати побудовані для атмосферного тиску мм рт. ст. і К. При інших атмосферних умовах величину вагової витрати визначають з виразу

G = G₀ ,

де визначають за атмосферними параметрами досліду, а g₀ = 1,2 кгс/м³.

Якщо ступінь підвищення тиску мало відрізняється від розрахункового, продуктивність компресора визначається наближено за формулою

Q = Q_р і G = g×Q,

де Q_р=3 м³/хв – розрахункова продуктивність;

n_р= 960 об/хв– розрахункова частота обертання.

7. Визначення ступеня підвищення тиску (стиску) газу в компресорі

Ступінь підвищення тиску газу в компресорі визначають стиском газу в кожному циліндрі: в першому циліндрі і в другому – , або , якщо (як часто приймається), а в компресорі в цілому виходять з виразу

або .

Абсолютний тиск визначають з виразів:

, , ,

де значення визначають за даними манометра у відповідних перерізах, кгс/см².

Зауважимо, що при вході в компресор тиск менший за атмосферний на величину втрат на гідравлічний опір всмоктуючого патрубка і фільтра.

Приклад. Якщо мм рт. ст. або мм вод. ст.,

мм вод. ст., кгс/см²,

то 10330-100=10230 мм вод.ст.=10230 кгс/м².

10330+40000=50330 мм вод.ст.=50330 кгс/м².

8. Визначення напору компресора при різних процесах стиску газу

При випробуваннях здійснюється політропний процес з частковим охолодженням газу.

Політропний напір визначають для кожного циліндра за формулами:

Н =

і

Н = ,

а для всього компресора

,

де m₁ і m₂ - показники політропи, які можуть бути визначені за наступними набли-женими формулами:

m₁= і m₂= .

Визначення політропного напору всього компресора без врахування проміж-ного охолодження газу (між ЦНТ і ЦВТ) наближено розраховують в припущені, що Т₃= Т₂, тоді:

Н = і Н = .

Зауважимо, що .

Адіабатний напір (максимальний) відповідає теоретичному і, коли машину охолоджують, його визначають за аналогічними формулами

= ;

= ,

А для всього компресора

.

Примітка. На практиці адіабатний напір часто використовують для визначення адіабатної потужності компресора (так як відомі показники адіабати k) для наближеного визначення потужності електродвигуна компресора, кВт:

.

Ізотермічний напір відповідає процесу при повному охолоджені циліндрів (Т₁=Т₂=Т₃=Т₄). В цьому випадку отримується мінімальний напір (при тому ж сту-пені стиску) і витрачається мінімальна потужність двигуна. Ізотермний напір визначають за формулами:

=2,303RT₁lge₁ і =2,303RT₁lge_2,

а для всього компресора

= + =2,303RT₁(lge₁ + lge₂),

тут k= 1,4 – показник адіабати (для повітря);

R=29,27 кгс×м/(кг×K) - газова стала (для повітря).

9. Визначення політропної потужності компресора

Випробовування компресора виконують при політропному процесі. В цьому випадку корисну потужність компресора визначають за формулою, кВт

.

10. Визначення потужності на валу компресора

Потужність на валу компресора може бути визначена з виразу, кВт

,

де U – напруга, що підводиться до двигуна, В;

I – сила струму, А;

= 0,7 – ККД електродвигуна з врахуванням ККД мастильного насоса.

11. Визначення політропного ККД компресора

Політропний ККД відображає економічність компресора при даному циклі роботи і його визначають з виразу

h = .

12. Допоміжні графіки для визначення напорів

Для спрощеного обчислення напорів (політропного, адіабатного і ізотермного) наводяться допоміжні графіки (див. рис. 1.2 чи 1.3), що виражають залежність

=ƒ₁ (e₁)=

для політропного, адіабатного (m=k=1,4) напорів, а для ізотермного (m=1)

= ƒ₂(e₁)=2,303Rlge_1.

Ці залежності походять з виразів напорів. Аналогічно для другого циліндра (див. рис. 1.4 – 1.6).

Приклад користування графіками

Якщо за даними дослідів визначено: m=1,2; T₁=293 K і e₁=2,5, то з графіків визначають політропний напір:

Н /Т₁ = 29 або Н =29×293=8500 м;

адіабатний напір в даному випадку (при m₁=k=1,4):

Н /Т₁=30,7 або Н =30,7×293=9 000 м,

а ізотермний напір (при m₁=1)

Н /Т₁=26,8 або Н =26,8×293=7 850 м.

Зауважимо, що на графіках індекси у e і m поставлені умовно.

Рис. 1.2

Рис. 1.3

Рис. 1.4

Рис. 1.5

Рис. 1.6