Построение процесса сжатия газа в первой ступени в р,v-диаграмме

 

4.1 Построение процесса политропного сжатия осуществляется следующим образом. Определяются удельные объемы в начальном (при р₁, Т₁) и конечном (при р₂, Т₂) состояниях по выражениям

 

По параметрам p₁ и v₁ в выбранных масштабах наносится на график точка 1, no р₂, v₂ - точка 2. Для построения промежуточных точек а, b и с находим параметры воздуха по соотношениям

 

Имея семь точек, (две заданные и пять найденные), можно провести искомую политропу.

Построение кривой сжатия в изотермическом процессе 1-2 производится из той же начальной точки 1. Удельные объемы для конечного состояния (точка 2) и промежуточных точек а', b' и с изотермы можно рассчитать исходя из уравнения соотношения параметров в изотермическом процессе

Общий вид процесса сжатия в первой ступени компрессора в р,v- диаграмме (рисунок 2).

 

 

Рисунок 2 – Изображение процесса в первой ступени компрессора

в - диаграмме

Расчет мощности компрессора

5.1 Удельная работа политропного сжатия l_1-2, кДж/кг, в первой ступени компрессора рассчитывается по формуле

ι

ι

В соответствии с первым законом термодинамики

из полученного количества затрачиваемой работы из цилиндра с охлаждающей водой отводится удельная теплота , кДж/кг, и с воздухом после первой ступени энтальпия , кДж/кг.

Баланс энергии процесса сжатия во второй ступени аналогичен.

5.2 Удельная работа изотермического сжатия 1_из, кДж/кг, для всего компрессора, т.е. от давления р₁ до конечного давления р₃ равна

l_из

l_из

Работа l_из принята в качестве теоретической для охлаждаемого компрессора, поэтому теоретическая мощность N_из, кВт, равна

Эффективная мощность компрессора N_e, кВт определяется по формуле

N_e

где η_из- изотермический КПД, который колеблется в пределах η_из - 0,6...0,8 [2];

η _м = 0,9...0,95 - механический КПД компрессора [2].

N_e

Мощность приводного электродвигателя N₃, кВт, принимается с учётом коэффициента запаса

,

где К₃= 1,1...1,3 - коэффициент запаса мощности [2].

 

 

Определение поверхности охлаждения промежуточного охладителя воздуха

 

Поверхность охлаждения F, м², определяется из уравнения теплопередачи

где Q - тепловой поток, передаваемый в охладителе от воздуха к охлаждающей воде, Вт;

К - коэффициент теплопередачи, принимаемый в данном случае равным 20 Вт/(м²∙К);

Δt_cp - средний температурный напор между теплоносителями в охладителе воздуха, °С.

Величина Δt, °С, подсчитывается по формуле

 

где и - соответственно большая и меньшая разность температур между воздухом и водой на входе и на выходе из охладителя при противотоке теплоносителей (рисунок 3).

 

 

Рисунок 3 – Большая и меньшая разность температур между воздухом и водой на входе и на выходе из охладителя

В свою очередь, тепловой поток Q, Вт, вычисляется по формуле

где G₁ – массовая производительность компрессора, кг/с;

q^` - удельная теплота, отводимая от воздуха в промежуточном охладителе, кДж/кг.

Тогда

 

Заключение

 

В данной расчетно-графической работе расчеты показывают, что наименьшей является работа при изотермическом сжатии, так как в изотермическом процессе показатель политропы равняется единице, которое является наименьшим значением и температура является постоянной. А наибольшей является работа при политропном сжатии, потому что показатель политропы равняется 1,30 и имеет наибольшее значение (рисунок 2).

Выгодность многоступенчатого сжатия с промежуточным охлаждением газа между ступенями состоит в получении больших давлений.