Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Головна сторінка



Лабораторна робота пристрій та принцип дії поршневого компресора

Лабораторна робота пристрій та принцип дії поршневого компресора




Дата конвертації04.05.2017
Розмір53.1 Kb.
ТипЛабораторна робота




ЛАБОРАТОРНА РОБОТА

Пристрій та принцип дії поршневого компресора
1.
Поршневий компресор - тип компресора, принцип роботи якого базується на використанні механічного пристрою поршневого типу для збільшення тиску газу шляхом компресії (зменшення об'єму). Компресори даного типу широко застосовуються в машинобудуванні, енергетичному обладнанні, автомобілебудуванні, хімічній промисловості, холодильній та кріогенній техніці.
Пристрій поршневого компресора


Мета роботи: Визначення граничних значень стиску повітря в компресорі.
При́стрій (англ. device, appliance, нім. Vorrichtung f, Einrichtung f) - обладнання, конструктивно завершена технічна система, що має певне функціональне призначення і за допомогою якої виконується яка-небудь робота або спрощується, полегшується певний процес.
Озна́чення, ви́значення чи дефіні́ція (від лат. definitio) - роз'яснення чи витлумачення значення (сенсу) терміну чи поняття. Слід зауважити, що означення завжди стосується символів, оскільки тільки символи мають сенс що його покликане роз'яснити означення.


Призначення компресора. Для переміщення (перекачування) стислої і нестислої рідини і підвищення їхнього тиску застосовують компресорні машини.
Підвищення (елевація) - кутова висота об'єкта спостереження (земного предмета, літального апарату, небесного світила тощо) над істинним горизонтом. Підвищення спільно з азимутом служить для визначення напрямку на об'єкт.
Переміщення - зміна положення якогось матеріального об'єкту. В фізиці - це переміщення фізичного тіла. Переміщенням також називають вектор, який характеризує цю зміну. Має властивість адитивності. Абсолютна величина переміщення, тобто довжина відрізка, що сполучає початкову й кінцеву точку, вимірюється в метрах у системі СІ та в сантиметрах у системі СГС.
У компресорах для підвищення тиску рідинам підводиться додаткова енергія від стороннього джерела.

По своєму пристрої компресора можуть бути:

- поршневими;

- відцентровими;

- гвинтовими й ін.

Стиснене повітря використовується для здійснення механічної роботи. Наприклад: у відбійних молотках, у приводах різного типу машин, де недоцільно застосовувати двигуни внутрішнього спалення:

- для розпилення фарб;

Розпи́лення (англ. spraying) - процес дроблення струменя або плівки рідини на велике число крапель і розподіл їх у просторі (об'ємі апарату).
Гвинт - деталь циліндричної, рідше конічної, форми з гвинтовою поверхнею або деталлю з гвинтовими лопатями. Це також основний компонент однойменного простого механізму - одного із шести.
Відбі́йний молото́к (рос.отбойный молоток, англ. pick hammer, нім. Abbauhammer m) - ручний інструмент ударної дії (переважно пневматичний), яким відбивають від масиву неміцні гірські породи, розлущують тверді й мерзлі ґрунти, асфальтові і бетонні покриття, розбирають фундаменти, стіни тощо.

- для спучування сипучих матеріалів;

- для перемішування рідини;

- для створення рушійної сили в ежекторах, елеваторах.

У даній лабораторній роботі розглядаємо поршневий компресор, у якому підвищення тиску відбувається при зменшенні замкнутого обсягу, компресор, що працює по об'ємному чи витисному принципі.

Спу́чування - властивість деяких глинистих порід збільшуватися в об'ємі під час випалювання з утворенням міцного матеріалу ніздрюватої структури.
Матеріа́л - речовина, або суміш речовин, первинний предмет праці, який використовують для виготовлення виробу (основний матеріал), або які сприяють якимось діям. У останньому випадку уточнюють, що це допоміжний, чи витратний матеріал.
Лабораторія (середньовічна лат. laboratorium, від лат. laboro - працюю, лат. labor - праця, робота) - багатозначний термін, що залежно від контексту, може означати: Спеціально обладнане та устатковане приладами, пристроями, мережами приміщення або транспортний засіб (наприклад, автомобіль, вагон потягу, літак, гелікоптер, субмарина тощо) для наукових досліджень, навчальних робіт, контрольних аналізів та випробувань (див. лабораторне устаткування). Установу або її відділ, що проводить експериментальну науково-дослідницьку та навчальну роботу. Внутрішні творчі процеси, внутрішню діяльність кого-небудь. Наприклад, творча лабораторія дослідника, митця тощо.

2. Пристрій і принцип роботи поршневого компресора

При зворотно-поступальному русі поршня в циліндрі по черзі виконуються процеси усмоктування робочої суміші (повітря, газ), його стиск і виштовхування робочої суміші.





Рисунок 1. - Пристрій поршневого компресора

а-1 - надходження газу в циліндр

1-2 - процес стискання газу

2-b - виштовхування стиснутого повітря


Рисунок 2.- Процеси стискання газу в компресорі в рV-координатах

(спрощений графік)
Площа, що обмежена діаграмою, пропорційна механічній роботі, яка витрачається на стискання газу у середині циліндра і виштовхування його в газопровід за один оборот вала компресора.
Діагра́ма - (від грец. Διάγραμμα (diagramma) - зображення - малюнок , креслення) - графічне зображення, що наочно у вигляді певних геометричних фігур показує співвідношення між різними величинами, які порівнюються.

1-2т - спрощений графік ізотермічного стискання. Робота стискання газу у середині циліндра виражається площею, обмеженої кривої процесу стискання, двома абсцисами 2т- b, а-1 і ординатою b-а. Однак, при стисканні газ у компресорі нагрівається і його графік буде 1-2к - адіабатний стиск. Підвищення температури газу може привести до спалаху мінеральної олії в циліндрі, необхідної для зменшення тертя поршня об стінки циліндра, а в деяких випадках - і до вибухового горіння пар мінеральної олії.
Абсциса (лат. abscissa - відрізок) - одна з координат точки в декартовій системі координат. На (х, у)-графіку відповідає горизонтальній осі х, тоді як у відповідає ординаті точки. Наприклад, точка з координатами (6, 3) має абсцису 6.
Вибух - надзвичайно швидке перетворення речовини, яке супроводжується миттєвим виділенням великої енергії в невеликому об'ємі. Суттєвою ознакою вибуху є різке збільшення тиску, яке викликає у навколишньому середовищі ударну хвилю.
Мінера́л (від пізньолат. minera - руда, рудна жила, рудник) - природна речовина, що утворилась під час геологічних процесів в земній корі або за еквівалентних процесів на інших космічних тілах у Всесвіті.
Газопро́від (рос. газопровод; англ. gas pipeline, gas conduit; нім. Gasleitung f) - система трубопроводів і допоміжних споруд для транспортування та розподілу газу.
Температу́ра (від лат. temperatura - належне змішування, нормальний стан) - фізична величина, яка описує стан термодинамічної системи.
Тому передбачається охолодна оболонка. При цьому процес стискання буде проходити по політропі 1-2п. Робота в цьому випадку буде менше, ніж при адіабатному стисканні. Отже, охолодження циліндра приводить до підвищення КПД компресора. Самий економічний режим - ізотермічний. На стаціонарних компресорах передбачають охолодні оболонки. На пересувних компресорах передбачають спеціальні ребра для збільшення поверхні тепловіддачі, що приводить до зниження температури робочого тіла.
Найвища температура, досягнута за участі людини, ~ 10 трлн К (що є порівнянним з температурою Всесвіту у перші секунди його існування) була досягнута у 2010 році під час зіткнення іонів свинцю, прискорених до світлових швидкостей. Експеримент було проведено на Великому адронному колайдері.


3. Робота однопоршневого компресора
При зворотно-поступальному русі поршня в циліндрі від НМТ (нижньої мертвої точки) газ стискується.
Тепловідда́ча (рос. теплоотдача; англ. convective heat exchange; нім. Wärmeabgabe f, Wärmeleistung f) - теплообмін між теплоносієм і тілом, якому передається тепло, які відокремлені між собою твердою стінкою чи іншою поверхнею розділу.
Ме́ртва то́чка (англ. dead centre) - одне з крайніх положень поршня у момент його вертально-поступного руху в циліндрі поршневої машини (двигуна або компресора), конструкція якої реалізована на базі кривошипно-шатунного (корбово-гонкового) механізму.
При досягненні тиску р1 нагнітальний клапан відкривається і при подальшому русі поршня до кришки газ виштовхується. При закінченні процесу виштовхування (коли поршень доходить до ВМТ), між кришкою і поршнем залишається стиснутий газ V0, що називають «шкідливим простором» чи «мертвим обсягом». При ході поршня з ВМТ до НМТ відбувається розширення стиснутого газу, що знаходиться в шкідливому просторі, до тиску навколишнього середовища, а потім додаткова порція газу надходить у циліндр, що таким же способом стискується і виштовхується в мережу. У такий спосіб поршневий компресор діє як машина перериваної дії.
4. Обґрунтування меж стиску
Розглянемо зображення процесів стиску в циліндрі при різних тисках у координатах рv - координатах і проаналізуємо вплив "шкідливого простору" на ефективність роботи компресора.
Система координат - спосіб задання точок простору за допомогою чисел. Кількість чисел, необхідних для однозначного визначення будь-якої точки простору, визначає його вимірність. Обов'язковим елементом системи координат є початок координат - точка, від якої ведеться відлік відстаней.




Рисунок 3 - Зображення процесу стискання газу в циліндрі компресора при різних тисках у координатах р,v.
Якщо спочатку газ у циліндрі стискується до тиску р2, то у процесі 2-3 буде вироблятися виштовхування стиснутого газу в мережу; у процесі 3-4 буде відбуватися розширення стиснутого газу, що займав "шкідливий простір" V0, і лише після розширення цього обєму V0 до тиску зовнішнього простору відкривається впускний клапан і буде відбуватися надходження в циліндр нової порції газу. Обєм цієї порції газу буде складати згідно рисунка 2 - V1, що менше обєму Vполн, що відповідає ходу поршня в циліндрі. Якщо ж процес стискання газу в циліндрі будемо робити до тиску Р > Р2, то виштовхування газу буде відбуватися по лінії 2΄-5. При зворотному ході поршня шкідливий простір буде розширюватися по лінії 5-7, а додаткова порція газу складе лише V, що менше ніж у попередньому випадку.

Тобто, при збільшенні ступеня стиску газу в поршневому компресорі при одній і тій же витраті енергії продуктивність компресора зменшується, відповідно зменшується КПД компресора.

Якщо ж у тім же компресорі процес стиску газу буде відбуватися по лінії 1-6 до деякого тиску Р6, то при зворотному ході поршня розширення шкідливого простору буде відбуватися по лінії 6-1 і додаткового усмоктування не буде зовсім, тобто компресор буде по черзі стискати і розширювати одну і ту же порцію газу. Продуктивність компресора буде нульовою, а циліндр компресора буде швидко нагріватися. Це пояснює що, ступінь стиску компресора не перевищує 6-8.

Ступінь (стиснення) компресора (англ. stage in compressor) - частина багатоступінчастої компресорної машини, де газ стискається до кінцевого або проміжного (перед надходженням на наступний ступінь) стиснення.
Якщо необхідний стиск із більшою кратністю застосовують багатоступінчастий стиск.
5. Схема багатоступінчастого поршневого компресора
Принцип дії багатоступінчастого поршневого компресора полягає в тім, що газ, стиснутий в одному циліндрі компресора передається в другий циліндр, у якому він стискується додатково. При необхідності такий послідовний стиск газу може бути багатократнім. На практиці число ступенів компресора не перевищує 6...8, а ступінь стиску в однім ступені компресора - 2,5...4.

1 – циліндр першої ступені;

2, 11 - охолодна оболонка;

3 – кожух;

4 - проміжний холодильник;

5,7 - система впуску стисливого повітря;

Впускна́ систе́ма (систе́ма впуска́ння) двигуна внутрішнього згоряння - сукупність пристроїв, що призначена для підготовляння та підведення свіжого заряду повітря або паливо-повітряної суміші до циліндрів.

6,8 – нагнітальний клапан;

9 - випуск стислого повітря;

10 – поршень;

12 - циліндр другої ступені .


Рисунок 4 - Схема багатоступінчастого компресора

При цьому при одному й тому ж кінцевому ступені стиску газу в багатоступінчастому компресорі загальний КПД компресора підвищується з підвищенням числа ступенів стиску. Схема двоступінчастого компресора зображена на рисунку 4.

У промислових багатоступінчастих компресорах крім охолодження газу в проміжних холодильниках газ охолоджується шляхом циркуляції холодної води в оболонках кожного циліндра.

Охоло́дження - процес відведення теплоти від охолоджуваного тіла до іншого тіла (середовища), що має нижчу температуру. При охолодженні відбувається передача теплової енергії за допомогою теплового випромінювання, теплопровідності і конвекції.
Промисло́вість - технічно найдосконаліша галузь матеріального виробництва, основа індустріалізації економіки, яка має вирішальний вплив на розвиток продуктивних сил; сукупність підприємств з виробництва електроенергії, знарядь праці для галузей економіки, видобутку сировини, палива, заготівлі лісу, переробки продукції, випущеної промисловістю або виробленої сільським господарством, видобуток і переробка сировини, виробництво товарів і послуг.

6. Задачі ознайомлення з пристроєм двоступінчастогого компресора
У процесі ознайомлення з пристроєм промислового двоступінчастого компресора студенти повинні зрозуміти і засвоїти призначення основних вузлів компресора, кінематичний зв'язок частин, що рухаються, схему розведення охолодної води, вміти пояснити причини обмеження ступеня стиску газу в одноступінчастому компресорі.
Кінема́тика (рос. кинематика, англ. kinematics, нім. Kinematik f, Bewegungslehre f) - це розділ механіки, у якому вивчається рух матеріальних тіл у просторі з геометричної точки зору, тобто не враховуючи маси тіл, сил, та причин що викликають цей рух.


7. Контроль знань
Відповісти на питання:

- чому необхідно прохолоджувати стислий газ?

- чому ступінь стиску газу в одноступінчастому компресорі не перевищує 6..8?

- що таке "шкідливий простір" у циліндрі компресора і який вплив він має на ефективність роботи компресора?



- що таке ВМТ і НМТ?



  • Пристрій
  • 2. Пристрій і принцип роботи поршневого компресора
  • Рисунок 1. - Пристрій поршневого компресора
  • Рисунок 2.- Процеси стискання газу в компресорі в рV-координатах (спрощений графік) Площа, що обмежена діаграмою
  • 3. Робота однопоршневого компресора При зворотно-поступальному русі поршня в циліндрі від НМТ (нижньої мертвої точки
  • 4. Обґрунтування меж стиску Розглянемо зображення процесів стиску в циліндрі при різних тисках у координатах
  • Рисунок 3 - Зображення процесу стискання газу в циліндрі компресора при різних тисках у координатах р,v.
  • 5. Схема багатоступінчастого поршневого компресора
  • Рисунок 4 - Схема багатоступінчастого компресора
  • 6. Задачі ознайомлення з пристроєм двоступінчастогого компресора