Главная страница
Навигация по странице:

  • Рисунок 4.3. Схема одноступенчатого горизонтального компрессорапростого действия

  • Рисунок 4.4. Одноступенчатого компрессора двойного действия

  • Рис. 4.5. Индикаторная диаграмма одноступенчатого поршневого компрессора

  • Рис. 4.6. Схемы компрессоров с сжатием в отдельных цилиндрах

  • Рис.4.7. Индикаторная (а) и энтропийная (б) диаграммы многоступенчатого сжатия газа

  • Рис. 4.8. Схема водокольцевого компрессора

  • Рис. 4.9. Схема роторной газодувки

  • ЛекцПРиА-2. Лекции по дисциплине "Процессы и аппараты биотехнологии ii"


    Скачать 2.3 Mb.
    НазваниеЛекции по дисциплине "Процессы и аппараты биотехнологии ii"
    Дата30.03.2022
    Размер2.3 Mb.
    Формат файлаdocx
    Имя файлаЛекцПРиА-2.docx
    ТипЛекции
    #429127
    страница11 из 13
    1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   13

    4.3. ТИПЫ, ИНДИКАТОРНЫЕ ДИАГРАММЫ И ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ПОРШНЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ


    По количеству всасываний и нагнетаний за один двойной ход поршня поршневые компрессоры делятся на машины простого и двойного действия. За один двойной ход компрессор простого действия совершает одно всасывание и одно нагнетание. Машина двойного действия производит два всасывания и нагнетания.

    Часть компрессорной машины, где газ сжимается до конечного или промежуточного давления (с последующей передачей на дальнейшее сжатие), называется ступенью сжатия. По числу ступеней поршневые компрессоры подразделяют на одноступенчатые и многоступенчатые, которые могут быть горизонтального или вертикального исполнения. В одноступенчатом компрессоре газ сжимается до конечного давления одним поршнем или несколькими, работающими параллельно. В случае применения нескольких поршней компрессор называется многоцилиндровым. Одноступенчатый горизонтальный компрессор простого действия (рис. 4.3) состоит из цилиндра 1, в котором передвигается поршень 2, снабженный уплотнительными кольцами.



    Рисунок 4.3. Схема одноступенчатого горизонтального компрессора
    простого действия:

    1 − цилиндр; 2 − поршень; 3,4 − всасывающий и нагнетательный клапаны; 5 − шатун; 6 − кривошип; 7 − маховик

    Цилиндр закрыт с одной стороны крышкой, в которой расположен всасывающий клапан 3 и нагнетательный клапан 4. Поршень соединен с шатуном 5 и кривошипом 6, на валу которого закреплен маховик 7. При ходе поршня вправо между ним и крышкой создается разрежение, открывающее клапан 3 и закрывающее клапан 4, что вызывает всасывание газа. На обратном ходе газ сжимается. Увеличение его давления между крышкой и поршнем вызывает закрытие клапана 3 и открывание клапана 4, что ведет к подаче газа на линии нагнетания. Затем весь цикл повторяется снова.

    В одноступенчатом компрессоре двойного действия (рис 4.4) газ в цилиндре 1, при движении поршня 2 вправо вызывает нагнетание в левой части за счет открытия клапана 3 и нагнетание в правой части за счет сжатия газа и открытия клапана 4.



    Рисунок 4.4. Одноступенчатого компрессора двойного действия:
    1 − цилиндр; 2 − поршень; 3,4 − всасывающий и нагнетательный клапаны; 5 − шатун; 6 − кривошип; 7 − маховик; 8 − ползун


    На обратном ходе нагнетание происходит в левой части (открыт клапан 4) и всасывание в правой от поршня части через открытый клапан 3. Таким образом, за один двойной ход поршня происходит два раза всасывание и два раза нагнетание. Такие компрессоры двойного действия обладают почти в два раза большей производительностью, чем компрессоры простого действия при одинаковых габаритах и массе. Увеличение производительности достигается также многоцилиндровых компрессорах простого и двойного действия.

    Двухцилиндровый компрессор простого действия состоит из двух одноцилиндровых компрессоров простого действия с приводами от одного вала, но с кривошипами сдвинутыми на угол 180о или 90о друг относительно друга.

    Для отвода тепла, выделяющегося при сжатии газов, стенки цилиндров, а иногда и крышки, снабжают рубашками, через которые пропускают охлаждающую воду. При этом тепло полностью не отводится, но энергозатраты на сжатие газа существенно уменьшаются.

    Вертикальные одноступенчатые компрессоры имеют ряд преимуществ перед горизонтальными:

    1) они более быстроходны ( = 300-500 об/мин против 100-240 об/мин), что обеспечивает более высокую производительность;

    2) занимают меньшую производственную площадь;

    3) у поршней и цилиндров значительно меньший износ.

    При горизонтальном расположении цилиндра, особенно большого диаметра, происходит неравномерное его изнашивание под действием силы тяжести, что вынуждает уменьшать скорость движения поршня.

    Для уменьшения неравномерности подачи и снижения ударов газа, его после сжатия направляют в сборник (ресивер), где газ дополнительно очищается от масла и влаги. Ресивер имеет тот же принцип действия, что и воздушный колпак у насоса.

    Как и для насосов, контроль за работой поршневых компрессоров проводят с помощью индикаторных диаграмм, представляемых в виде зависимости между давлением р и объемом V газа, всасываемого и нагнетаемого компрессором за один двойной ход поршня или за один оборот коленчатого вала (рис 4.5).

    Точка D соответствует крайнему левому положению поршня, который никогда не подходит вплотную к крышке. Пространство между крайним левым положением и крышкой называется мертвым пространством, которое выражают в долях от объема цилиндра или объема, описываемого поршнем за один ход. Этот объем составляет , где – отношение объема мертвого пространства к объему, описываемому поршнем. Величина зависит от конструкции компрессора, расположения клапанов в цилиндре и обычно составляет 0,025-0,06. Наличие мертвого пространства снижает производительность компрессора, но не вызывает существенных потерь энергии, поскольку теоретически ее затраты при сжатии потом возвращаются при расширении. Газ в мертвом пространстве сжат до давления нагнетания, соответствующего точке D.




    Рис. 4.5. Индикаторная диаграмма одноступенчатого поршневого компрессора


    Движения поршня вправо вызывает расширение газа с уменьшением давления по линии DA до точки А, в которой давление , где – давление во всасывающей линии. Разность давлений открывает всасывающий клапан и газ поступает в компрессор.

    Всасывание проходит при постоянном давлении по линии АВ. Точка В соответствует крайнему правому положению, из которого при движении поршня влево закрывается всасывающий клапан и начинается политропическое сжатие газа. Объем всасываемого газа пропорционален отрезку АВ и выражается в долях рабочего объема цилиндра , где – объемный коэффициент компрессора.

    Политропическое сжатие газа идет по линии ВС до давления немного большего, чем в нагнетательном трубопроводе. Под действием этой разности давлений в точке С открывается нагнетательный клапан. Нагнетание идет по линии CDи величина отрезка CD пропорционально объему нагнетаемого газа.

    Площадь индикаторной диаграммы – это полезная работа компрессора при сжатии газа за один оборот вала, отнесенная к единице площади поршня. Соответствующая этой работе индикаторная мощность компрессора определяется по уравнению:



    (4.26)

    где F – площадь поперечного сечения поршня; n – число двойных ходов поршня или оборотов вала; – площадь индикаторной диаграммы; – масштаб пружины индикатора, т.е. перевод единиц длины ординаты индикаторной диаграммы в единицы давления.

    Умножим и разделим правую часть выражения (4.26) на длину хода поршня S, тогда:

    ,

    (4.27)

    где – объем, проходимый поршнем за n оборотов, или объем описываемый поршнем в единицу времени; – отношение площади индикаторной диаграммы к длине хода поршня, или среднее индикаторное давление.

    Среднее индикаторное давление можно представить как высоту h прямоугольника, имеющего такую же площадь как индикаторная диаграмма и построенного на стороне , которая пропорциональна длине хода поршня S при . На рис. 4.5 этот прямоугольник заштрихован.

    Одной из основных характеристик поршневых компрессоров является производительность, которая определяется объемом V газа, подаваемого в единицу времени в нагнетательный трубопровод и приведенным к условиям всасывания. Теоретическая производительность компрессоров рассчитывается как для поршневых насосов, а действительная производительность находится по формуле:

    ,

    (4.28)

    где – коэффициент подачи.

    Для многоцилиндровых компрессоров производительность находят путем умножения результата расчета по выражению (4.28) на число цилиндров i.

    Производительность многоступенчатых компрессоров определяется производительностью первой ступени. В данном случае является объемом, описываемым поршнем этой ступени. Коэффициентом подачи учитывается все потери производительности компрессора, как отображаемые, так и не отображаемые на индикаторной диаграмме. К отображаемым на диаграмме потерям относятся те, которые связаны с уменьшением полезного объема цилиндра при расширении газа, находящегося в мертвом пространстве. Их учитывают величиной . К неотображаемым на диаграмме относятся потери, вызванные утечками газа через неплотности в поршневых кольцах, клапанах, сальниках, а также за счет расширения всасываемого газа при соприкосновении его с горячими стенками цилиндра и смешении с нагретым газом из мертвого пространства. Эти потери учитываются коэффициентом герметичности и термическим коэффициентом . Следовательно, коэффициент подачи можно определить произведением:



    (4.29)

    Для современных компрессоров = (0,95-0,98), а = (0,9-0,98).

    Из определения объемный коэффициент компрессора:



    (4.30)

    Обозначим через отношение разности между полным объемом цилиндра и фактически всасываемым объемом газа к объему , описываемому поршнем:

    ,

    (4.31)

    откуда:



    (4.32)

    Процесс расширения газа в мертвом пространстве можно считать политропным с показателем политропы расширения несколько меньшей, чем сжатия (можно принять для двухатомного газа). Поэтому:

    ,

    (4.33)

    где – объем, который занимает газ после расширения в мертвом пространстве от давления до давления (рис.4.5).

    Из последнего равенства находим:



    (4.34)

    А подставив этот результат в выражение (4.32), найдем:



    (4.35)

    Видно, что уменьшается при возрастании степени сжатия и при некотором ее значении может стать равной нулю. Степень сжатия , при которой объемный коэффициент компрессора становится равным нулю, называет пределом сжатия. При предельном значении степени сжатия газ, находящийся в мертвом пространстве расширяясь, занимает весь объем цилиндра. Всасывание газа в цилиндр прекращается, и производительность компрессора становится равной нулю. На индикаторной диаграмме линии сжатия и расширения (ВС и DA) сливаются в одну линию, площадь диаграммы и, следовательно, индикаторная мощность при пределе сжатия равны нулю. Из выражения (4.35) предел сжатия при политропическом расширении газа в мертвом пространстве составляет:



    (4.36)

    В действительности предельная степень сжатия еще меньше, поскольку компрессоры со значениями считаются невыгодными. В связи с этим:



    (4.37)

    Еще одним ограничением для степени сжатия является температура газа (не более 150-160 ). При более высоких температурах из смазочных масел выделятся легко летучие соединения, которые, смешиваясь с перекачиваемым газом, образуют взрывоопасные смеси. Предельную степень сжатия в зависимости от температуры в конце сжатия можно найти из выражений (4.13) или (4.14), так при адиабатическом сжатии:



    (4.38)

    Практически степень сжатия при охлаждении цилиндра не превышает 5-8, а в среднем составляет 3-4.

    Для получения очень высоких давления газов применяют многоступенчатое сжатие. В многоступенчатых компрессорах газ проходит несколько ступеней, постепенно сжимаясь до конечного давления. Между ступенями газ охлаждают в промежуточных холодильниках. Объемы цилиндров постепенно уменьшаются от первой к последней ступени. Различают многоступенчатые компрессоры со ступенями сжатия в отдельных цилиндрах (рис. 4.6, а) и со ступенями сжатия в одном цилиндре с дифференциальным поршнем (рис. 4.6, б). Компрессоры со ступенями сжатия в отдельных цилиндрах бывают однорядными (рис. 4.6, а) и двухрядными, с расположением цилиндров по одну сторону вала и по разные стороны с противоположным движением поршней, что снижает неуравновешенность сил инерции и позволяет снижать вес и уменьшать габариты машин.

    Кроме того, в оппозитных компрессорах можно увеличить в 2-2,5 раза скорость вращения вала, а значит и производительность.

    Компрессоры с дифференциальным поршнем могут иметь несколько ступеней сжатия, в простейшем случае 2 (рис. 4.6, б). Соотношение между сечениями поршня зависит от степени сжатия в каждой ступени. Обычно такие машины применяют при средней и малой производительности, т.к. в крупных компрессорах возможно заклинивание поршней, особенно при числе ступеней сжатия больше 2. V-образная установка цилиндров (рис. 4.6, в) позволяет значительно уменьшить площадь, занимаемую компрессорной машиной, и обеспечить непосредственное соединение ее с электродвигателем.

    Степень сжатия в каждой ступени компрессора выбирают такой, чтобы наиболее эффективно использовать объем цилиндров, увеличить объемный коэффициент компрессора и снизить расход энергии на сжатие, а также температуру газа в конце сжатия.



    Рис. 4.6. Схемы компрессоров с сжатием в отдельных цилиндрах:

    (а), с дифференциальным поршнем (б) и с V-образным расположением цилиндров (в): 1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – всасывающий клапан; 4 – нагнетательный клапан; 5 – шатун; 6 – ползун; 7 – кривошип; 8 – маховик; 9 – промежуточный холодильник


    Теоретически работа сжатия становится минимальной, когда степени сжатия τ во всех ступенях равны, т.е.:

    ,

    (4.39)

    где z – число ступеней сжатия; – конечное давление; – начальное давление.

    На практике вследствие потерь давления между ступенями (в клапанах, холодильниках и т.д.) степень сжатия в каждой степени должна быть больше теоретической. Ее рассчитывают по формуле:

    ,

    (4.40)

    где (1,10-1,15) – коэффициент, учитывающий потери давления между ступенями.

    Из этого выражения можно определить количество необходимых ступеней сжатия:



    (4.41)

    Для того чтобы температура сжатия в конце газа не превышала допустимого предела, степень сжатия в каждой ступени τ должна составлять 2,5-3,5.

    Индикаторная диаграмма и T-S-диаграмма трехступенчатого сжатия при одинаковых степенях сжатия на ступенях имеют вид, представленный на рис. 4.7.



    Рис.4.7. Индикаторная (а) и энтропийная (б) диаграммы
    многоступенчатого сжатия газа


    При построении диаграмм принято, что газ охлаждается в промежуточных холодильниках до температуры исходного газа , а мертвое пространство и потери давления в холодильниках равны нулю.

    Сжатие газа в первой ступени происходит по линии ВС от давления до . Затем газ охлаждается по изобаре СЕ от температуры конца сжатия до исходной температуры . Далее, газ поступает на вторую ступень сжатия до давления по линии EF и т.д. весь процесс трехступенчатого сжатия от давления р1 до изображается ломаной линией BCEFGHK. Линия BEGK соответствует изотермическому сжатию в одноступенчатом компрессоре, а линия BCL отражает политропическое сжатие в одноступенчатом компрессоре.

    Из диаграмм видно, что процессы многоступенчатого сжатия с промежуточным охлаждением ближе к изотермическому, т.е. требует меньше энергозатрат, чем при многоступенчатом политропическом сжатии. Площадь под ломаной линией BCEFGHK на T-S-диаграмме соответствует работе многоступенчатого сжатия, а заштрихованная область является выигрышем в работе этого процесса по сравнению с одноступенчатым сжатием. Чем больше ступеней сжатия, тем ближе процесс к изотермическому и, соответственно. Больше выигрыш в работе по сравнению с одноступенчатым сжатием.

    Однако, практически число ступеней приходится ограничивать 5-6 из экономических соображений, связанных со стоимостью машины и ее эксплуатацией.

    Если степени сжатия в ступенях одинаковы и газ в промежуточных холодильниках охлаждается до исходной температуры, то работы сжатия всех ступеней равны. Теоретическая работа многоступенчатого адиабатического сжатия 1 кг газа в этом случае составляет:



    (4.42)

    Предельная температура в конце сжатия:



    (4.43)

    Теоретический объемный коэффициент машины:



    (4.44)

    Эти же величины , и при политропическом сжатии могут быть определены из ыражений (4.42) – (4.44) с заменой в них показателя адиабаты на показатель политропы m. Однако практически работа сжатия в ступенях компрессора не одинакова вследствие различия показателя политропы по ступеням, неравенство мертвых пространств, неполного охлаждения газа в промежуточных холодильниках и ряда других факторов.

    4.4. КОНСТРУКЦИИ КОМПРЕССОРНЫХ МАШИН


    Поршневые и центробежные вентиляторы, газодувки и компрессоры различаются только создаваемым избыточным давлением (или степенью сжатия). Конструкции указанных поршневых машин обсуждались ранее, и они ничем не отличаются от поршневых насосов. Центробежные компрессорные машины делятся на вентиляторы, турбогазодувки и турбокомпрессоры. Они так же мало отличаются по конструкции от центробежных насосов и подробно представлены в соответствующей литературе [1, 3-6].

    Следует только отметить, что центробежные вентиляторы условно делятся на вентиляторы низкого давления (меньше Н/ ), среднего давления ( и высокого давления (3∙ Н/ ). Характеристики этих вентиляторов подобны характеристикам центробежных насосов, вычисляются по тем же формулам, а к. п. д. вентиляторов η определяется по формуле:

    ,

    (4.45)

    где – коэффициент подачи; – гидравлический и механический к. п. д.

    Турбогазодувки работают без охлаждения, создавая избыточное давление от до , степень сжатия газа в них составляет 3,0-3,5. Степень совершенства турбогазодувок оценивают адиабатическим к. п. д. через отношение работы адиабатического сжатия к затраченной работе:

    ,

    (4.46)

    где – конечная температура при реальном сжатии, которая несколько больше температуры адиабатного сжатия поскольку присутствует трение газа о движущиеся части машины.

    Турбокомпресоры создают давление до ( и, как правило, работают с охлаждением и сжатие реализуют многоступенчато. Поэтому эффективность их работы оценивают изотермическим к. п. д., т.е. путем сравнения с работой изотермной машины:



    (4.47)

    Величина составляет обычно 0,5-0,7.

    Мощность на валу турбогазодувок и турбокомпрессоров рассчитывают по формуле:



    (4.48)


    Из роторных компрессорных машин повышенного давления известны газодувки, пластинчатые, водокольцевые и винтовые компрессоры.

    Винтовые компрессоры рассчитаны на давления ( и по конструкции как и пластинчатые компрессоры, применяемые при давлениях ( , не отличаются от соответствующих насосов. Подробно об их конструкции можно узнать из соответствующей литературы [1, 3-6].

    Пластинчатые компрессоры с двухступенчатым сжатием способны создавать давление нагнетания до ( .

    Производительность пластинчатого компрессора, приведенная к условиям всасывания, составляет:

    ,

    (4.49)

    где – длина пластины; – эксцентриситет ротора; – число оборотов ротора; D – внутренний диаметр корпуса; – толщина пластины; (20-30) – число пластин.

    Значение ε принимают таким, чтобы обеспечить соотношение ε/D=0,06-0,07. Коэффициент подачи рассчитывается по уравнению





    где k = 0.05 для крупных машин с производительностью более 0,5 для малых машин с производительностью менее 0,5 .

    Мощность на валу ротационного компрессора определяют по формуле (4.48).

    Водокольцевые компрессоры создают небольшие избыточные давления, поэтому близки к газодувкам (рис. 4.8.) В корпусе 1 эксцентрично вращается ротор 2 с лопатками плоской формы. Перед пуском компрессор заполняется наполовину водой, которая при вращении ротора отбрасывается на периферию. Между лопатками ротора и водяным кольцом создаются ячейки заполняемые газом, которые увеличиваются за первую половину оборота ротора и уменьшаются за вторую половину. Газ засасывается через отверстие 3 в увеличивающиеся ячейки, а затем в них сжимается и выталкивается через отверстие 4. Жидкостное кольцо является причиной сжатия газа, то есть выполняет роль поршня. Поэтому эти компрессоры называют также компрессорами с жидкостным поршнем.




    Рис. 4.8. Схема водокольцевого компрессора:

    1 – корпус; 2 – ротор; 3 – всасывающее отверстие; 4 – нагнетательное отверстие

    Схема роторной газодувки представлена на рис. 4.9. В корпусе 1 вращается на отдельных валах барабаны или поршни 2, один из которых имеет привод от электродвигателя. В результате создаются полости всасывания 3 и нагнетания 4 с соответствующими патрубками. Сжимаясь у стенок корпуса, газ под давлением выталкивается в нагнетательный патрубок 4, из которого поступает в нагнетательный трубопровод.

    Из осевых конструкций находят применение вентиляторы и компрессоры, которые имеют такую же конструкцию, как и осевые насосы (1.3-6.0). Осевые вентиляторы изготавливают без направляющего аппарата. Из-за незначительных потерь на трение они имеют более высокий к.п.д., чем у центробежных вентиляторов. Однако, в основном относятся к вентиляторам низкого давления. Их изготавливают чаще одноступенчатыми, но известны и двухступенчатые вентиляторы.







    Рис. 4.9. Схема роторной газодувки:

    1 – корпус; 2 – барабан (поршень); 3 – всасывающий патрубок; 4 – нагнетательный патрубок


    Одноступенчатые осевые компрессоры обеспечивают степень сжатия 3,5-4,0 и всегда дополняются направляющим аппаратом. Чаще осевые компрессоры делают многоступенчатыми (до 10-20 ступеней) и они отличаются большим шумом при работе.

    Вакуум – насосы составляют особую группу компрессорных маши, поскольку создают разрежение. Однако по конструкции вакуум-насосы не отличаются от соответствующих типов других машин (вентиляторов, газодувок, компрессоров). Если вакуум-насос отсасывает воздух до остаточного давления 0,5 атм. (разрешение 95%) и сжимает его до 1,1 атм на выходе из насоса, то степень сжатия составляет






    В то время как одноступенчатые компрессоры обеспечивают степень сжатия не более 8. При столь степенях сжатия объемный коэффициент и производительность вакуум-насоса резко снижаются. Для более полного использования рабочего объема насоса стремятся свести к минимуму объем мертвого пространства. Для этой цели используют прием выравнивания давлений, повышая коэффициент подачи до 0,8-0,9.

    Наибольшее распространение получили поршневые вакуум-насосы, которые делятся на сухие и мокрые. Сухие вакуум-насосы применяют для откачки только газов, а мокрые для откачки парожидкостных смесей. Сухие вакуум-насосы по конструкции не отличаются от поршневых компрессоров, но снабжены золотниковым устройством, с помощью которого линия всасывания с давлением связана с мертвым пространством, где давление . Сжатый газ из мертвого пространства в конце периода сжатия переходит в камеру высасывания и давление в мертвом пространстве падает. Таким образом, за счет выравнивания давлений, всасывание газа начинается почти в самом начале процесса всасывания поршнем газа. Это повышает производительность вакуум-насоса.

    Теплопроводность разреженного газа мала, поэтому теплообмен со стенками цилиндра практически отсутствует и процесс сжатия в сухих вакуум-насосах можно считать адиабатическим. Из выражения (4.10) следует, что работа этого процесса когда =1 атм. (в начальный момент) и при достижении полного вакуума (нагнетание прекращается, поскольку отсутствует газ). Таким образом, функция имеет два одинаковых значения в интервале 0≤ что является признаком экстремума внутри интервала. Известно, что наличие экстремума соответствует равенству нулю первой производной функции по аргументу. Продифференцируем (4.10):

    =

    (4.52)

    =

    (4.53)

    Взяв вторую производную, убедимся, что она имеет отрицательное значение, т. к. входящие в нее величины k, и положительные



    (4.54)

    Следовательно, функция на участке0≤ проходит через максимум. Подставив в уравнение (4.52) значение показателя адиабаты k = 1,4 для воздуха, определим степень сжатия, соответствующую максимальной работе



    (4.55)

    Отсюда следует,что при = 1 атм давление в сосуде, которому соответствует максимальная работа сжатия, равно 0,33 атм.

    Значит двигатели для сухих поршневых вакуум-насосов надо подбирать с учетом производительности по величине максимальной работы сжатия, соответствующей остаточному давлению 0,33 атм., при условии, что давление нагнетания = 1 атм.

    Мокрые вакуум-насосы не имеют золотникового механизма. Их всасывающие и нагнетательные клапаны увеличены в связи с отводом вместе с газом жидкости, скорость движения которой существенно ниже. Поэтому мокрые вакуум-насосы имеют увеличенный объем мертвого пространства и создают значительно меньшие разрежения, чем сухие насосы. В мокрых вакуум-насосах изменение состояния газа является изотермическим за счет интенсивного теплообмена газа с жидкостью обладающей значительной теплоемкостью. Работа сжатия для мокрого вакуум-насоса может быть рассчитана по формуле



    (4.56)

    где парциальное давление пара; – парциальное давление газа при всасывании; – давление нагнетания; – удельный объем газа при условиях всасывания.

    Мощность на валу Ne мокрого вакуум-насоса складывается из мощности, затрачиваемой на откачивание жидкости, и мощности изотермического сжатия:

    Ne = ,

    (4.57)

    где – количество откачиваемой жидкости; полное давление развиваемое вакуум-насосом; – количество откачиваемого газа при условиях всасывания; = – полный изотермический к.п.д. насоса.

    Ротационные (пластинчатые и водокольцевые) вакуум-насосы по конструкции подобны соответствующим компрессорам. Особенностью является наличие специального канала, соединяющего мертвое пространство с камерой наименьшего давления, в случаях выравнивания давления и применение жидкостей с возможно более низкой температурой (малым давлением насыщенных паров) в водокольцевых машинах, поскольку от этого зависит создаваемое разрежение.

    Известны также струйные вакуум-насосы, которые по принципу действия сходны со струйными насосами. В них в качестве рабочей жидкости применяют пар. Такие пароструйные насосы создают разрежение до 90% абсолютного. Для получения более глубокого вакуума применяют многоступенчатые пароструйные вакуум-насосы с последовательным соединением нескольких пароструйных насосов, между которыми установлены конденсаторы смешения. Конденсация отработанного пара в каждой последующей ступени и снижает тем самым общий расход энергии.

    4.5. СРАВНЕНИЕ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПРЕССОРНЫХ МАШИН РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ


    Наибольшее распространение в биотехнологических производствах имеют поршневые и центробежные компрессорные машины.

    Центробежные машины (турбокомпрессоры и турбогазодувки) обладают следующими преимуществами:

    1. равномерность подачи, компактность и простота устройства;

    2. чистота газов, незагрязненных смазкой;

    3. отсутствие инерционных потерь и быстроходность, позволяющие монтировать машины на легких и непосредственно присоединять к приводу.

    Одноступенчатые турбокомпрессоры при подачах 6000-200000 и давлениях до 30 атм и многоступенчатые до давлений 300 атм экономичнее поршневых. Однако по величине к.п.д. поршневые компрессоры превосходят центробежные, особенно в области низких подач(до 10000 ) и высоких (до 1000 атм) давлений.

    Ротационные компрессоры обладают достоинствами центробежных, имеют более высокий к. п. д. и рассчитаны на низкие давления (до 15 атм.) с производительностью не более 6000 . Их недостатками являются: сложность изготовления и обслуживания; высокий износ пластин ротора, из-за чего нарушается герметичность рабочих камер и снижается производительность.

    Осевые компрессоры отличаются высоким к.п.д. и компактностью. Их применяют до давления 6 атм при производительности более 80000 .

    Область применения вакуум-насосов определяется создаваемым вакуумом. Мокрые поршневые вакуум-насосы создают разрежение 80-97 %, а сухие насосы 99,9%. Ротационные пластинчатые вакуум-насосы обеспечивают разрежение 95-99%. Умеренное разрежение (90-95%) и перемещение агрессивных, взрывоопасных и влажных газов и паров обеспечивают водокольцевые вакуум-насосы. Они обладают достоинствами центробежных машин, но низким к.п.д. Создаваемое ими разрежение ограничено парциальным давлением пара рабочей жидкости, зависящим от температуры.

    Двухступенчатые роторные вакуум-насосы позволяют достигать остаточного давления 0,005 мм. рт. ст., а трехступенчатые до 0,001 мм. рт. ст.

    Струйные вакуум-насосы дают разрежение 95-98%, просты, не требуют ни привода, ни фундамента, в них отсутствуют движущиеся части. Однако, они требуют значительного расхода пара и в них возможно смешение отсасываемого газа и пара.

    1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   13


    написать администратору сайта