Wiadomości ogólne o sprężarkach
Pełny tekst artykułu dostępny jest dla zarejestrowanych użytkowników
Wiadomości ogólne
W zależności od wielkości przyrostu ciśnienia gazu sprężonego Δp = pt–ps sprężarki dzielimy na:
wentylatory Δp <= 0,1 [kG/cm2]
dmuchawy 0,1 < Δp <= 2 [kG/cm2]
sprężarki Δp > 2 [kG/cm2]
Wentylatory i dmuchawy służące do wysysania gazów przy ciśnieniu niższym od atmosferycznego sprężające go do ciśnienia nieco wyższego niż atmosferyczne nazywany ekshaustorami lub urządzeniami ssawnymi.
Pompy próżniowe stanowią oddzielną grupę sprężarek. Służą one do wytwarzania ciśnienia mniejszego niż atmosferyczne, czyli tzw. próżni. Najniższe ciśnienia bezwzględne otrzymywane za pomocą pomp próżniowych dochodzą do 10-5 mm słupa rtęci (pompy przemysłowe).
Sprężarki
Sprężarki dzielimy na:
wyporowe (tłokowe, rotacyjne), których działanie polega zassaniu dawki gazu na skutek powiększenia objętości komory roboczej, a następnie sprężeniu i wyparciu tej dawki dzięki zmniejszeniu objętości komory. Zmiany objętości komory są wywołane ruchem organu roboczego (tłoka lub wirnika łopatkowego)
wirowe (rotodynamicze), w których głównym organem roboczym jest obracający się z dużą prędkością wirnik łopatkowy. W czasie przepływu gazu przez wirnik zachodzi wzrost jego energii ciśnienia i energii prędkości. Dalszy wzrost ciśnienia następuje w osłonie sprężarki na skutek zmniejszenia prędkości gazu.
Sprężarki wirowe budowane są jako jedno i wielostopniowe.
Dzielą się one na:
promieniowe – promieniowym przepływie gazu
osiowe – o osiowym przepływie gazu
Wielkości charakterystyczne
W sprężarce strumień masowy jest niezmienny na wlocie i na wylocie natomiast zmienia się jego objętość właściwa. Strumienie – wlotowy i wylotowy wiąże zależność:
m = V * rs = V * rt
gdzie: r - gęstość - r = p/(x * R * T), x - (współczynnik ściśliwości, dla p<3 MPa jest równa 1), p – ciśnienie, R–stała gazowa stanu, T – temperatura
Różnica pomiędzy ciśnieniami całkowitymi na tłoczeniu (pct) i ssaniu (pcs) mierzonymi na króćcach tłocznym i ssawnym nazywana jest spiętrzeniem całkowitym.
Stosunek ciśnień całkowitych nazywa się sprężem (stosunkiem sprężania).
P = pct / pcs
W przypadku sprężania wielostopniowego spręż całkowity jest iloczynem sprężów poszczególnych stopni
Pc = P1 * P1 * . . . * Pn
Parametry pracy sprężarki to
-
strumień objętości, nazywany wydajnością sprężarki, lub strumień masy (m). Wydajność sprężarki określa się dla przekroju ssawnego z odniesieniem do warunków normalnych, czyli temperatury 20oC, ciśnienia 1012 kPa i gęstości powietrza r = 1,2 kg/m3.
-
ciśnienie ps i temperatura Ts ssania, mierzone w przewodzie ssawnym sprężarki
-
ciśnienie pt i temperatura Tt tłoczenia, mierzone na wylocie sprężarki
-
spręż e = pt/ps
-
zapotrzebowanie na moc na wale sprężarki Ps
-
prędkość obrotowa n
-
sprawność h określona stosunkiem zapotrzebowanej mocy maszyny w warunkach porównawczych do mocy rzeczywiście pobranej.
Bilans sprężarki
W postaci ogólnej ma on postać:
Nel = DJ + Sm + Sel + Sw + Qv + Sr
gdzie
Nel – moc elektryczna (napędowa) potrzebna do napędu agregatu
Sel – strata elektryczna (silnika napędowego) Sel = Nel× (1- hel)
Sm – strata mechaniczna sprężarki Sm = Nel×hel×(1- hm)
DJ – przyrost entalpii czynnika roboczego DJ = M2×cp |t2t1 (t2 – t1) gdzie M2 – masowy wydatek sprężonego gazu, t2-t1 – przyrost temp. czynnika roboczego
Sw – strata ciepła odprowadzonego z wodą chłodzącą Sw = Qw = Mw×cw× (tw2 – tw1) gdzie Mw – wydatek wody chłodzącej, tw2-tw1 – przyrost temperatury wody
Sr – reszta strat (przez promieniowanie i przewodzenie)
Poszczególne straty sprężarki ujmują odpowiednie sprawności, które można podzielić na dwie grupy
-
objętościowe oznaczane jako współczynnik λ
-
energetyczne oznaczane przez η