Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje Katedra za strojeve i uređaje plovnih objekata

Transcript

1 KOMPRESORI ZRAKA prof. dr. sc. Ante Šestan Ivica Ančić, mag. ing. Predložak za vježbe iz kolegija Brodski pomoćni strojevi

2 Kompresori zraka Kompresor zraka je stroj koji nekom plinu povećava tlak. Pri tome se plinu povećava i temperatura, iako to samo po sebi nije cilj. 2

3 Kompresori zraka Stlačeni zrak na brodu se koristi za: upućivanje glavnih motora upućivanje pomoćnih motora sustav pneumatskog upravljanja i regulacije 3

4 Podjela kompresora Volumetrijski kompresori povećavaju tlak određenom volumenu plina ciklički na način da mu smanje volumen, pretvaraju mehaničku energiju u energiju tlaka izravno. Dinamički kompresori povećavaju tlak struji plina kontinuirano na način da ubrzavaju strujanje čime se pretvara mehanička energija u kinetičku, i potom usporavaju strujanje čime se kinetička energija pretvara u energiju tlaka. 4

5 Podjela kompresora 5

6 Volumetrijski kompresori Klipni kompresor: 1. cilindar 2. klip 3. usisni ventil 4. tlačni ventil 5. klipnjača 6. koljenasto vratilo 6

7 Volumetrijski kompresori Krilni kompresor promjenom eskscentriciteta moguće mijenjati protok plina 7

8 Volumetrijski kompresori Rootovo puhalo 8

9 Dinamički kompresori Radijalni turbokompresor 9

10 Dinamički kompresori Aksijalni turbokompresor 10

11 Podjela po dobavi mala dobava: do 150 m 3 /h srednja dobava: m 3 /h velika dobava: iznad 4000 m 3 /h 11

12 Podjela po radnim tlakovima vakuum crpke: iz podtlaka puhala: do 3 bara niskotlačni: 3-12 bara srednjetlačni: bara visokotlačni: iznad 150 bara 12

13 Podrčja primjene kompresora 13

14 Termodinamičke osnove Idealni proces 14

15 Termodinamičke osnove Proces u indikatorskom dijagramu 15

16 Termodinamičke osnove Promjena stanja 1-2 može biti: a) izotermna n=1 (prilikom kompresije radnoj se tvari odvodi toplina pri čemu je T=konst.), b) izentropska n=κ (s=konst ; q=0), c) politropska (s konst; q=c n ΔT ). 16

17 Termodinamičke osnove 17

18 Termodinamičke osnove 18

19 Termodinamičke osnove Izmjena topline između zraka i stijenki cilindra 19

20 Termodinamičke osnove Promjena stanja 1-2 u stvarnom kompresoru 20

21 Stupnjevana kompresija Ako je kompresijski omjer prevelik, kompresija se odvija u više stupnjeva p p

22 Stupnjevana kompresija Koristi se međuhlađenje kako bi se smanjila potrebna snaga kompresora. Optimalan omjer tlakova u stupnjevanoj kompresiji je: n gdje je z broj stupnjeva. z p p

23 Volumetrijski stupanj djelovanja λ 1 utjecaj štetnog prostora λ 2 utjecaj pada tlaka pri usisu λ 3 utjecaj zagrijavanja kod usisa λ 4 utjecaj propuštanja

24 24 Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje Utjecaj štetnog prostora 1 s a s V V V n p c p 0 0 S V c V

25 Utjecaj pada tlaka pri usisu 2 V v V V v s1 1 s a p 1 2 p p

26 Utjecaj zagrijavanja kod usisa 3 v p v a T T p p 2 1 0,

27 Utjecaj propuštanja 4 0,95 0,98 27

28 Volumetrijski stupanj djelovanja λ 1 utjecaj štetnog prostora λ 2 utjecaj pada tlaka pri usisu λ 3 utjecaj zagrijavanja kod usisa λ 4 utjecaj propuštanja ,6 0,7...0,85 28

29 Snaga kompresora tehnički rad otvorenog ciklusa wteh snaga kompresora uz maseni protok vdp n p b P m stv pav a n 1 pa n1 n 1 p c d b p 2 W i a p 1 m stv Vsn v s Q v 1 1 V cil. 29

30 Snaga kompresora volumetrijski stupanj djelovanja 1 p b v v 1 p c 1 4 p a v p va ukupna snaga 1 n1 n p b n p b P 1 c 1 4 paq 1 p a n 1 p a 30

31 Snaga kompresora p i srednji indicirani tlak 2 P i d pisn 4 31

32 Snaga kompresora indicirani izentropski stupanj djelovanja politropska kompresija, otpori u ventilima, propusnost, nedovoljno međuhlađenje is i P P is i mehanički stupanj djelovanja gubici trenja dobre izvedbe 0,9-0,96 m Pi P e višestepeni kompresori 0,88-0,93 mali jednoradni kompresori 0,85 izentropski stupanj djelovanja P P P is is i m P P P is i is i e e 32

33 Snaga kompresora izentropska snaga P is 1 p2 p1q 1 1 p1 1 efektivna snaga P e 1 Pis 1 p 2 p1q 1 is is 1 p1 1 33

34 Snaga kompresora Unutrašnja (indicirana) izentropska efikasnost Ukupna izentropska efikasnost Klipni jednostupanjski Klipni višestupanjski Dvovijčani kompresori Lamelni kompresori Roots Turbo puhala Jednostupanjski centrifugalni Višestupanjski centrifugalni Aksijalni

35 Projektni zadatak tip izvedbe broj stupnjeva brzina vrtnje broj i dimenzije cilindara stanje zraka na usisu konačni projektni tlak učinak kompresora 35

36 Izvedbe za brodsku namjenu 36

37 Brzina vrtnje ograničenje vezano za srednju klipnu brzinu 3-5,5 m/s c m 2sn s 37

38 Projektni zahtjev Izvedba Broj stupnjeva kompresije Izvedba cilindara(radnost) Srednja klipna brzina- c m Pogonski stroj Brzina vrtnje- n vertikalni redni,v,w,.. dvostupanjska s međuhlađenjem jednoradni,dvoradni 3-5,5 m/s elektromotor (diesel i benziski motor) o/min Kapacitet kompresora- Q x m 3 /h Stanje usisnog voda p 1 =1,013 bar; υ 1 =40 C 38

39 Projektne značajke kompresora Ukupni volumen zračnih spremnika treba omogućiti ne manje od dvanaest uzastopnih upućivanja porivnog dizelskog motora, ako je on prekretan, tj. šest uzastopnih upućivanja za neprekretne motore kapacitet spremnika zraka V nq p atm 2 p max dobava kompresora V p Q t p max atm 39

40 Projektne značajke kompresora projektni tlak 30 bara, potrebno uvećati zbog gubitaka p 30 1,1 5,99 2 n c z p1 1,013 p p 1 1m 1 2 1,013 bar p 1,0135,99 6,06 bar p p 6,065, bar 1m n n 40

41 Projektne značajke kompresora snaga izentropske kompresije oba stupnja 1 1 Pis p1q 1 n 1 p1 mq1 m n p1q 1 n 1 n 1 1 1,41 1, ,4 1, ,99 1 7,89 kw 1, vrijedi uz: p1v 1 p1 mv1 m izoterma od 1 do 1m 41

42 Projektne značajke kompresora efektivna snaga kompresora uz pretpostavljene vrijednosti indiciranog izentropskog stupnja djelovanja i mehaničkog stupnja djelovanja P e Pis 7,89 10,52 kw 0,75 is 42

43 Usporedba s jednostepenim Snaga izentropske kompresije u jednom stupnju P 1 p Q n 1 1 is, ,41 1, ,4 1, ,71 kw 1, Pis,1 9,71 1,23 P 7,89 is 43

44 Dimenzije cilindra u projektnoj fazi vrijedi: V sii V si p p 1 2 dobava kompresora Q V n i s s dimenzije se mogu odrediti iz omjera ili srednje klipne brzine cm 2sn s D D 8Q 4Q 3 c i n i m 44

45 Sustav stlačenog zraka 45