ИСПЫТАНИЕ ПОРШНЕВОГО ПРОЦЕССОРА

2.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

 

Определение подачи, коэффициента подачи и относительных термодинамических КПД поршневого процессора.

 

2.2. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

 

В компрессорах вследствие значительного повышения давления рабочее тело может существенно изменять термодинамическое состояние. В этом состоит основное отличие компрессоров от насосов и вентиляторов, которые работают на практически несжимаемых рабочих телах.

В процессе сжатия в компрессоре происходит уменьшение удельного объема газа, и поэтому объемная подача, определенная при условиях всасывания, будет больше объемной подачи, отнесенной к условиям нагнетания. При расчетах принято вычислять объемную подачу компрессоров при условиях всасывания или при нормальных условиях, т.е. при параметрах среды: Т₀ – 293 К, р₀ – 101,3 кПа, = 1,2 кг/м³.

На основании уравнения энергетического баланса компрессорного процесса можно записать

 

,

 

где l – удельная энергия, расходуемая в компрессорном процессе;

с_р – удельная теплоемкость газа при постоянном давлении;

Т₁ и Т₂ – начальная и конечная температуры;

и - начальная и конечная скорости газа;

q – потери теплоты в окружающую среду.

Как видно из приведенного уравнения, из всех возможных типов компрессорных процессов наименьшей затраты энергии требует изотермический процесс.

Эффективность компрессоров нельзя оценивать значением энергетического КПД, представляющего собой отношение энергии, приобретаемой газом, к энергии, затрачиваемой на проведение процесса. Действительно, применительно к изотермическому компрессорному процессу энергетический КПД = 0, иными словами, он крайне невыгоден. Это объясняется тем, что в изотермическом процессе энтальпия газа как мера его энергии остается постоянной. Однако при сохранении значения энтальпии компрессорный процесс переводит газ на новый потенциальный уровень, соответствующий более высокому конечному давленю.

Совершенство компрессорного процесса оценивают при помощи отноительных термодинамических КПД – изотермического

 

 

и адиабатного (изоэнтропного)

 

,

 

где l – удельная энергия в действительном политропном процессе сжатия;

l_из и l_а – удельные энергии изотермического и адиабатного процессов сжатия.

Изотермический КПД применяется для оценки компрессоров с интенсивным (водяным) охлаждением, для которых изотермический процесс, обладающий наименьшей удельной энергией, является эталонным. Компрессоры с неинтенсивным охлаждением оцениваются при помощи адиабатного КПД, поскольку для компрессоров данного типа адиабатный процесс является эталонным, наиболее совершенным.

Коэффициентом подачи поршневого компрессора называется отношение действительной подачи Q к теоретической Q_т, т.е.

 

 

Он зависит от ряда факторов и оценивается по формуле

 

,

 

где - объемный коэффициент, учитывающий влияние вредного пространства;

- коэффициент подогрева, учитывающий снижение объемной подачи компрессора из-за теплообмена между рабочим телом и стенками цилиндра, а также из-за сопротивления всасывающего клапана компрессора;

- коэффициент плотности, учитывающий снижение подачи из-за перетекания газа из пространства с более высоким давлением в пространство с меньшим давлением.

Обычно значения коэффициента подачи и относительных термодинамических КПД определяются экспериментально.

 

2.3. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УТСАНОВКИ

 

Установка (рис. 2.1) оборудована двухступенчатым двухцилиндровым компрессором 3 одинарного действия с электродвигателем.

 

Рис. 2.1.

 

Воздух из помещения лаборатории поступает через заборник воздуха 1 и сетчатый фильтр 2 в первую ступень компрессора. Сжатый воздух после второй ступени компрессора подается через влагомаслоотделитель 4 и невозвратный клапан 5 в воздухосборник (ресивер) 8. Воздухосборник снабжен пружинным манометром б, предохранительным клапаном 7, термометром 9 и регулирую­щим вентилем 10 для выпуска воздуха.

 

 

2.4. ПОРЯДОК ВЫПОЛЕНИЯ РАБОТЫ

 

Для измерения подачи компрессора используется метод заполнения воз­духом ресивера известной емкости. Перед пуском компрессора вентилем 10 ус­танавливается начальное давление в ресивере, затем замеряются: температура всасываемого воздуха t_вс; барометрическое давление р_а; начальное избыточное давление в ресивере р_и1 начальная температура воздуха в ресивере t₁. Препода­ватель указывает значение избыточного конечного давления р_и2 в ресивере. По­сле пуска компрессора замеряют: время заполнения ресивера воздухом от на­чального давления в нем до конечного ; конечную температуру воздуха в ре­сивере t₂; ток электродвигателя I; напряжение U. Результаты наблюдений зано­сят в протокол (форма 3). Выполняются 2... 3 опыта при различных значениях р_и1 и р_и2.

 

Форма 3

Номер опыта	ра, мм рт.ст.	tвс, °С	ри1, кг/см2	t1, °С	ри2, кг/см2	T2, °С	, сек	I, A	U, B

 

Масса воздуха в ресивере до нагнетания

 

, кг (7)

и после

, кг (8)

 

где р₁ и р₂ – начальное и конечное абсолютные давления воздуха в ресивере, Па;

Т₁ и Т₂ – начальная и конечная абсолютные температуры воздуха в ресивере, К;

V_р – объем ресивера, м³,

R – газовая постоянная воздуха, Дж/(кг К).

Масса воздуха, поступившего в ресивер за время ,

 

, кг. (9)

Массовая подача компрессора

 

, кг/с (10)

 

Объемная подача компрессора при условиях всасывания

 

, м³/с (11)

 

где р_вс – плотность воздуха при условиях всасывания, кг/м³.

На основании уравнения состояния идеального газа можно записать

 

, кг/м³ (12)

 

где р_вс – давление всасываемого воздуха, Па;

Т_вс – абсолютная температура всасываемого воздуха, К.

С учетом уравнений (7)…(13) можно получить выражение для объемной подачи при условиях всасывания.

 

. (13)

 

Если Т₁ = Т₂ = Т_вс, то выражение (13) для объемной подачи упрощается и принимает вид:

 

 

. (14)

 

В формулах (13) и (14)

 

; (15)

; (16)

. (17)

 

Коэффициент подачи компрессора

 

. (18)

Теоретическую подачу компрессора можно определить как объем, освобождаемый поршнем первой ступени в единицу времени,

 

, м³/с (19)

 

где D – диаметр цилиндра первой ступени. м;

S – ход поршня, м;

n – частота вращения вала компрессора, мин^-1.

Мощность на валу компрессора при работе электродвигателя на переменном токе, определяется из выражения

 

, кВт (20)

 

где cos - коэффициент мощности;

- КПД электродвигателя.

Изотермический КПД компрессора

 

, (21)

 

где N_из – изотермическая мощность, кВт;

- механический КПД компрессора.

Адиабатный КПД компрессора

 

, (22)

 

где N_a – адиабатная мощность, кВт.

Изотермическую и адиабатную мощности можно определить соответственно по следующим формулам:

 

, (23)

, (24)

 

где k – показатель адиабаты для воздуха.

Результаты расчетов заносятся в протокол (форма 4)

 

Форма 4

Номер опыта	Pвс, Па	P1, Па	P2, Па	Qвс, М3/с	Qт, М3/с		N, кВт	Nиз, кВт		Nа, кВт

 

При выполнении расчетов принять: V_p = 0,2 м³; D = 0,06 м; S = 0,04 м; n = 1440 мин^-1; = 0,8; =0,86; cos = 0,82; k = 1,41.

 

2.5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

 

1. Название и цель работы.

2. Схема лабораторной установки (см. рис. 2.1) с основными обозначениями.

3. Метрологические характеристики применяемых имерительных приборов.

4. Протокол испытаний компрессора (форма 3).

5. Подробные расчеты для одного режима по формулам (15) – (17), (23) или (14), (19), (18), (20), (23), (21), (24) и (22).

6. Протокол обработки результатов испытаний компрессора (форма 4).

7. Сравнение полученных значений , и с имеющимися в литературе и заключение о степени совершенства данного компрессора.

 

Литература: [1] 318…353