Какая ступень более интенсивно сжимает воздух

Метеорология и климатология развитие науки, географические факторы климата

Воздух и атмосфера земли

Наши дополнительные сервисы и сайты:

e-mail:	office@matrixplus.ru *tender@matrixplus.ru*
icq:	613603564
skype:	matrixplus2012
телефон	+79173107414 +79173107418

г. С аратов

Наши партнеры

Просвещаемся

Как отмыть лодку от тины и водорослей.

Купить эффективную химию для мойки катеров и яхт.

Статистика

1. Быстрые подсчеты, связанные с изменением давления с высотой, можно делать с помощью так называемой барической ступени. Напишем основное уравнение статики (12) так:

Выражение -dz/dp называется барической ступенью (или барометрической ступенью). Барическая ступень — величина, обратная вертикальному барическому градиенту -dp/dz, составляющая, очевидно, приращение высоты, в пределах которого атмосферное давление падает на единицу. Из формулы (19) видно, что барическая ступень обратно пропорциональна самому давлению и прямо пропорциональна температуре воздуха. Чем больше высота и чем, следовательно, ниже давление, тем больше барическая ступень. При одном и том же давлении барическая ступень больше при более высокой температуре, чем при более низкой.

Подставляя в формулу (19) числовые значения g и R, можно найти барическую ступень для разных р и Т. За единицу давления принимаем гектопаскаль. Тогда барическая ступень измеряется приростом высоты, на котором давление падает на 1 гПа. При температуре 0°С и давлении 1000 гПа барическая ступень равна 8 м/гПа. Стало быть, у земной поверхности нужно подняться примерно на 8 м, чтобы давление упало на 1 гПа. С ростом температуры барическая ступень растет на 0,4 % на каждый градус.

На высоте около 5 км, где давление близко к 500 гПа, барическая ступень уже около 16 м/гПа (при той же температуре 0°С).

Зная барическую ступень для разных р и Т, можно легко производить те расчеты, для которых применяются барометрические формулы, если только разность высот не очень велика.

Рис. 3. Убывание атмосферного давления с высотой в зависимости от температуры воздушного столба. При одинаковом давлении внизу давление 500 гПа в теплом столбе наблюдается на 350 м выше, чем в холодном.

2. Допустим, что и в теплом и в холодном воздухе давление внизу одинаково. Однако в теплом воздухе, где барическая ступень больше, давление падает с высотой медленнее, чем в холодном. Поэтому на высотах давление в теплом и холодном воздухе уже становится неодинаковым: в теплом воздухе оно будет выше, чем в холодном (рис. 3). Иными словами, теплые области в атмосфере являются в высоких слоях областями высокого давления, а холодные области — областями низкого давления. Этот важный факт нам понадобится в главе шестой.

форсунок в ультразвуковых ваннах и на стендах

Дезинфицирующие средства

широкого применения

для дезинфекции на объектах железнодорожного транспорта, пищевой промышленности, ЛПУ, ветеринарного надзора

Моющие средства

для железнодорожного транспорта, сертифицированные ВНИИЖТ- «Фаворит К» и «Фаворит Щ», внутренняя и наружная замывка вагонов.

Источник

Одно-, двух-, и многоступенчатые компрессоры

Published by Admin Under Компрессоры on Август 21, 2016

Компрессор – прибор, который сжимает и подает воздух или любой нужный газ в сети воздухопроводов, газопроводов, моторы и другие конструкции. В нем сжатие происходит за счет охлаждения поступаемого воздуха – это наиболее экономичный и эффективный вариант, базирующийся на изотермических процессах.
На рынке можно найти приборы с разным количеством ступеней в комплектации. Как они влияют на работу компрессора, и сколько вообще их может быть? В этом нужно хорошенько разобраться. Тем более что компрессоры так часто используются в технике и сетях снабжения.

Сколько бывает ступеней?

В компрессорах, по идее, может быть неограниченное число ступеней сжатия. Но только при отсутствии трения и идеальным параметрам работы, воздуха и остальных аспектов. На практике этого добиться невозможно.
Сегодня рынок подобного оборудования предлагает клиентам три вида компрессоров, различающихся количеством ступеней:

самый простые одноступенчатые;

многоступенчатые.
У каждого варианта имеются свои положительные стороны и недостатки. Поэтому сферы распространения всех трех видов редко перекрывают друг друга: для одной цели одноступенчатый и многоступенчатый компрессоры вряд ли подойдут одинаково хорошо.
О каждом виде компрессоров стоит поговорить отдельно.

Одноступенчатые агрегаты – простота в работе и обслуживании

Одноступенчатый компрессор – прародитель остальных двух вариантов. Принцип его работы, если агрегат поршневой, весьма прост: для сжатия газов и воздуха используются возвратно-поступательные движения поршня, который работает на энергии от двигателя внутреннего сгорания или электродвигателя.
Как видно из названия, у такого агрегата всего одна ступень сжатия, однако его применение имеет достаточно широкие границы благодаря многим положительным качествам:

для него достаточно двигателя небольшой мощности;

занимает мало места, поэтому незаменим в небольших маломощных агрегатах;

прост в управлении;

ремонт и монтаж проходят относительно просто.
Одноступенчатые компрессоры наиболее распространены – их приобретают как крупные компании, так и частные лица. Но и у этих приборов есть свои недостатки, о которых нужно знать перед приобретением или монтажом:

нельзя использовать компрессор с одной ступенью сжатия для устройства сложных сетей или работы больших и мощных агрегатов;

мощность сжатия может достигать всего лишь 12-ти атмосфер;

больше одного или двух часов в день эксплуатировать прибор нежелательно;

при неправильной эксплуатации возможно самовозгорание.

Двухступенчатые компрессоры – баланс производительности и мощности

Агрегаты с двумя ступенями сжатия имеют уже гораздо больший диапазон применения, нежели первый вариант. На сегодняшний день они считаются лучшими, если учитывать мощность приборов, с которыми возможна их совместная работа, и экономичность процесса.
Двухступенчатый компрессор имеет два поршня, что логично, а сжатие происходит по двум ступеням:

воздух или газ, как и в одноступенчатом агрегате, проходит первую ступень;
после продукт не выходит, а охлаждается на межступенчатом интервале, расширяя диапазон сжатия еще в несколько раз;
и уже на второй ступени происходит окончательное сжатие воздуха до максимальной отметки.

Плюсы использования такого компрессора очевидны:

нагрузка на части агрегата распределяется равномерно;
КПД увеличивается за счет экономии мощности, потраченной на сжатие;
срок службы дольше, чем у одноступенчатых приборов.

Правда, двухступенчатые компрессоры больше по размерам, что обусловлено наличием двух поршней вместо одного. Это, вероятно, единственный их недостаток по сравнению с одноступенчатыми агрегатами.

Многоступенчатые агрегаты: нюансы

Многоступенчатые поршневые компрессоры, как известно, могут иметь различное количество поршней. При этом между каждым уровнем сжатия воздух или газ охлаждаются, увеличивая возможность повышения давления. К тому же у таких приборов имеется тепловая рубашка, в которую отводится лишнее тепло.
Многоступенчатый компрессор, по сравнению с двумя предыдущими вариантами, гарантирует еще большую плавность перехода нагрузок на рабочие части агрегата и принимающие трубы. Также у таких приборов имеются и другие плюсы:

они производят газ и воздух большого давления, которое требуется для больших предприятий;

температура на выходе из компрессора относительно низкая, что увеличивает срок службы сопутствующего оборудования;

задействуется небольшая мощность на сжатие самых разных объемов воздуха и газов;

угрозы самовозгорания минимальны.
Из минусов, как и в предыдущем варианте, стоит отметить громоздкость. К тому же такой прибор сложно ремонтировать и содержать.

Какой лучше?

Однозначной рекомендации по выбору компрессора не существует. Главное, на что стоит обращать внимание при покупке – для каких целей приобретается прибор. Совсем нецелесообразно выбирать многоступенчатые варианты, когда можно обойтись всего одной ступенью сжатия. К тому же, уход за прибором – тоже немаловажный аспект для выбора: если одноступенчатые компрессоры ремонтировать и содержать довольно легко, то многоступенчатый лучше доверить профессионалу.
Оборудование должно подходить целям использования, иначе в покупке можно быстро разочароваться. Правда, двухступенчатый вариант компрессора можно с натяжкой назвать универсальным – он подходит и для небольших сетей снабжения, и для достаточно серьезных агрегатов и приборов.
Чтобы компрессор идеально подошел под определенные цели, возможно, придется произвести простейшие или даже сложные расчеты. Без них не всегда возможно точно сказать, как мощность компрессора отразится на других частях сети и правильно ли произойдет сжатие.

Источник

Научная электронная библиотека

6.4. Многоступенчатое сжатие

Степень повышения давления (отношение рк /рн) воздуха (газа) в одной ступени компрессора ограничивается конечной температурой сжатого воздуха, возможностями передачи энергии воздушному потоку рабочим колесом в турбокомпрессорах, требованиями экономичности и другими факторами. Согласно Правилам безопасности для угольных и сланцевых шахт, во избежание взрыва конечная температура сжатого воздуха не должна превышать 170˚С [1, 7].

Степень повышения давления в одной ступени объемных компрессоров обычно не превышает 5, а у центробежных компрессоров ε = 1,3 – 1,5, и компрессоры выполняются многоступенчатыми. Шахтные объемные компрессоры с конечным давлением до 0,9 МПа изготовляются двухступенчатыми, а центробежные турбокомпрессоры шестиступенчатыми.

Поскольку наиболее экономичным является изотермический процесс, при работе шахтных и других компрессоров применяется их охлаждение. Хотя в реальных компрессорах не представляется возможным осуществить изотермический процесс сжатия, охлаждение способствует снижению потребляемой мощности. Применяются следующие способы охлаждения сжимаемого воздуха (газа): в промежуточных и концевых холодильниках впрыскиванием в зону сжатия охлаждающей жидкости (воды, масла), за счет испарения которой при впрыскивании снижается температура сжимаемого газа; охлаждение поверхностей рабочих органов компрессоров с помощью охлаждающих рубашек [1, 7, 15].

Процесс многоступенчатого сжатия показан на диаграммах в координатах р – v и Т – S (рис. 6.3) [1].

При одноступенчатом сжатии без охлаждения сжатие осуществляется по политропе 1 – 2’ – 3’. При этом по сравнению с изотермическим сжатием дополнительно затрачивается работа, эквивалентная площади, заключенной между кривыми 1 – 2 – 3, (изотермой) и 1 – 2’ – 3’ (политропой).

При многоступенчатом компрессоре с промежуточным охлаждением газа процесс будет протекать по ступенчатой линии 1 – 2’ – 2 – 3″ – 3, и будет приближаться к идеальному изотермическому тем ближе, чем большее число ступеней будет иметь компрессор.

Следует отметить, что для идеального многоступенчатого компрессора принимают, что показатели политропы для всех ступеней сжатия одинаковы и охлаждение газа в промежуточном холодильнике после каждой ступени производится до температуры всасывания в первую ступень.

При таких допущениях процесс сжатия в первой ступени изобразится отрезком политропы 1 – 2’, параметры газа с р1, Т1 изменятся до р2, Т2, а его v1 уменьшится до v׳2. После сжатия воздух поступает в промежуточный холодильник, процесс охлаждения газа в котором изобразится отрезком изобары 2’ – 2. При этом точка 2 находится на изотерме Т1=const, а объем уменьшается дополнительно до v2. От точки 2 сжатие продолжается во второй ступени по политропе 2 – 3″ и т. д., в результате полный процесс сжатия идет по линии 1 – 2’- 2 – 3″- 3 – 4″. Заштрихованная площадь 2 – 2’- 3’- 3″ эквивалентна работе, сэкономленной в двухступенчатом компрессоре при наличии промежуточного охлаждения. Площадь S2׳ – 2’- 2 – S2 под изобарой 2 – 2’ эквивалентна отведенному промежуточным холодильником количеству теплоты после первой ступени.

Рис.6.3. Схема компрессора с промежуточными холодильниками
и диаграммы многоступенчатого сжатия

При постоянном показателе политропы для ступеней удельная работа, затраченная в двухступенчатом компрессоре, составляет

Аналогично определяется удельная работа и для компрессора с z ступенями сжатия. При одинаковых ступенях сжатия

удельные работы на сжатие в каждой ступени одинаковы – l1=l2=l3=…=li, выражение для удельной работы lZ, затрачиваемой в многоступенчатом компрессоре, будет иметь вид

Температура воздуха (газа) в конце сжатия

Принятое распределение давлений ε1 = ε2 = ε3 = . = εi по ступеням в многоступенчатом компрессоре является наивыгоднейшим по условию обеспечения минимальной работы сжатия. Степень повышения давления в одной ступени компрессора определяется выражением

где ε = рк / рн – степень повышения давления в компрессоре с z ступенями сжатия.

Коэффициенты полезного действия компрессоров

Полный или эффективный, к.п.д. компрессора равен

ηэф = ηвн ∙ ηоб ∙ ηм .

Внутренний к.п.д. ηвн характеризует совершенство процесса передачи газу энергии рабочими органами компрессоров по отношению к теоретическим процессам

где lпз – полезно затраченная работа; lвн – энергия, подводимая непосредственно к рабочим органам компрессора.

Объемный к.п.д. ηоб, которым учитываются потери энергии в связи с протечками сжатого воздуха,

где Qут – величина утечек, м3/с.

Механический к.п.д. ηм характеризует потери энергии в приводе рабочих органов компрессора

где lпр – удельная энергия, подводимая к валу компрессора.

Объемный к.п.д. для лопаточных компрессоров высок: ηоб ≈ 0,99, и его обычно не учитывают. Для объемных, в частности поршневых, компрессоров он ниже, и его необходимо принимать во внимание. Механический к.п.д. ηм определяется обычными методами, известными из механики машин.

Рассмотрим более подробно внутренний к.п.д. ηвн компрессоров. В отличие от насосов и вентиляторов, его не представляется возможным оценить как отношение полезного напора к затраченному, т. е. как отношение сообщенной газу энергии ко всей подведенной. Этот парадоксальный, на первый взгляд, факт объясняется невозможностью выделить полезно затраченную энергию при охлаждении (отводе теплоты) компрессоров. Это наглядно видно, например, в случае изотермического процесса сжатия, при котором вся переданная газу работа преобразуется в теплоту, отводимую во внешнюю среду. К.п.д. компрессора с таким процессом должен был бы равняться нулю. На самом же деле, как отмечалось уже выше, изотермический процесс сжатия газа – самый выгодный по затратам энергии, поэтому теплота, отведенная при охлаждении, не может считаться бесполезно затраченной. Поэтому совершенство компрессорных процессов принято оценивать при помощи относительных термодинамических к.п.д. – изотермического ηиз (для охлаждаемых компрессоров), изоэнтропического (обратимого адиабатного) ηиэ (для неохлаждаемых)

В этих процессах к.п.д. принимается условно в качестве полезной работы, затрачиваемой в идеальном компрессоре соответственно при изотермическом и изоэнтропическом или обратимом адиабатном (поэтому этот к.п.д. называют также адиабатным).

Изотермический к.п.д. применяется для оценки совершенства внутренних процессов компрессоров с интенсивным водяным охлаждением (поршневых и роторных), изоэнтропический к.п.д. – для оценки неохлаждаемых компрессоров (центробежных и осевых).

С помощью изотермического и изоэнтропического к.п.д. производится сравнительная оценка совершенства действительного и идеального компрессоров (идеальный принят за эталон).

Ориентировочно для одноступенчатого поршневого компрессора
ηиз = 0,5 – 0,8; ηиэ = 0,85, для одной ступени центробежного компрессора ηиз = 0,5 – 0,7, ηиэ = 0,75 – 0,80.

Мощность на валу компрессора определяется по одному из процессов сжатия – изотермическому или изоэнтропическому (адиабатному).

Номинальную мощность двигателя компрессора принимают на
10 – 20 % выше расчетной из-за возможного отклонения действительного режима работы от расчетного в связи с загрязнением холодильника, неплотностью клапанов и т. п.

Источник