8.COMPRESOARE. 8.1.Compresorul teoretic, monoetajat, cu piston. dp=0. dp=0

Transcript

1 9 ermotehică 8.COMPRESOARE Comrimarea gazelor î tehică se efectuează cu ajutorul uor maşii de lucru umite comresoare, care ot ridica resiuea la valori de âă la 000 bar. Comresorul asiră aer ditr-o sursă de joasă resiue, îi măreşte resiuea şi îl refulează îtr-o icită de resiue ridicată. Comresorul este acţioat de u motor electric. Astfel, eergia electrică este trasformată î eergie oteţială de resiue a aerului. Comresorul este u geerator eumatic. Creşterea resiuii se oate realiza îtr-u sigur etaj (comresor mooetajat) sau, etru valori mari, î mai multe trete de comrimare (comresoare olietajate). Comresoarele ot fi rotative, cu fucţioare cotiuă, sau volumice, cu fucţioare itermitetă. Cele mai utilizate comresoare volumice sut cele cu isto şi cele cu membraă. 8..Comresorul teoretic, mooetajat, cu isto Comresorul teoretic resuue iexisteţa saţiului mort, adică istoul evacuează tot gazul aflat î zoa de lucru. Cursa istoului se realizează ître uctul mort iter, care coresude surafeţei itere a chiulasei şi uctul mort exter. Ambele sut ucte î care viteza istoului trece ri valoarea 0, atuci câd sesul de delasare se schimbă. Ciclul teoretic de comrimare (fig.8..a) este format di următoarele rocese: - trasformare izobară (asiraţia); - comrimare; - trasformare izobară (evacuarea); - trasformare izocoră. d0 d0 v Fig. 8. Ciclul de comrimare î cazul comresorului teoretic. Schiţa cilidrului cu isto

2 ermotehică 95 Lucrul mecaic tehic cosumat de comresor, l c, este roorţioal cu aria. Fiid u lucru mecaic rimit de sistem, el are valoare egativă. Mărimea ariei deide de tiul rocesului de comresie -, care oate fi: izoterm, - ; adiabatic, -a; olitroic, -, cu exoetul olitroic < < k. a Fig. 8. ariate de realizare a comresiuii î cazul comresorului teoretic: - izotermă, - a adiabată, - olitroă Di figura 8., se observă că cel mai mic cosum de lucru mecaic coresude izotermei (- ). Î ractică, u roces izoterm resuue o viteză foarte mică de desfăşurare, deci u este u roces utilizabil. Calculul lucrului mecaic tehic cosumat de comresor, î timul uui ciclu, etru comrimarea uui kilogram de gaz este: (8.) l v d t Folosid relaţia (8.) şi ecuaţia caracteristică a olitroei: v ct se oate determia lucrul mecaic tehic cosumat, etru cazul cel mai geeral, al trasformării olitroice: (8.) l t v d v d v Particularizâd coeficietul al olitroei se determiă lucrul mecaic tehic, l t, atât etru izotermă, cât şi etru adiabată. Î timul fucţioării, comresorul trebuie răcit. Răcirea gazului comrimat, deci aroierea de izotermă, îmbuătăţeşte regimul de lucru. Sistemul de răcire al comresorului trebuie să evacueze o catitate de căldură ale cărei valori maxime coresud răcirii âă la izoterma stării. Răcirea de la starea la starea resuue evacuarea uei sarcii termice: v

3 96 ermotehică (8.) ( ) Q m c m c Sistemul de răcire al comresorului evacuează această sarciă termică î mediul exterior. Sistemul este alcătuit ditr-o cămaşă de aă cu radiator de răcire. Petru comresoarele de mai mică utere, răcirea se face cu aer, surafaţa exterioară a cilidrului şi a chiulasei fiid ervurate etru o itesificare a schimbului termic. 8..Comresorul real, mooetajat, cu isto a e 0 Fig.8. Ciclul de comrimare î cazul comresorului tehic (real), mooetajat Comresorul tehic (real) mooetajat lucrează duă ciclul rerezetat î figura 8.. La sfârşitul cursei de evacuare, î cilidru mai rămâe volumul, volum care ocuă saţiul mort. Rolul acestui volum de gaz eevacuat este de a roteja comresorul la surasolicitări mecaice cauzate de blocarea evetuală a suaelor, sau de icomresibilitatea lichidelor ătruse îtâmlător î cilidru. Pricialele mărimi care caracterizează comresorul:! cilidreea (8.) c ;! saţiul mort relativ-arată cât la sută di volumul cilidreei rereziă volumul saţiului mort (8.5) ε ;

4 ermotehică 97! gradul de umlere- arată cât la sută di volumul cilidreei rereziă volumul de gaz asirat (8.6) µ. Relaţia de legătură ître saţiul mort relativ şi gradul de umlere este: k + ε (8.7) µ ε Se observă că resiuea de refulare,, iflueţează mărimea gradului de umlere. Î fig.8. s-a cosiderat că resiuea de asiraţie este aceeaşi şi saţiul mort relativ este costat. Di relaţia (8.7) rezultă că e măsură ce resiuea de refulare creşte, gradul de umlere scade. Petru valoarea maximă a resiuii de refulare : k (8.8) Max + ε gradul de umlere se aulează. Rezultă că resiuea de refulare trebuie să aibă valori strict mai mici decât valoarea Max. Max, Fig.8..Creşterea resiuii de refulare coduce la dimiuarea gradului de umlere Lucrul mecaic cosumat de comresor variază atât î fucţie de atura comrimării -, cât şi de atura destiderii - a volumului de gaz di saţiul mort. Destiderea -, ca şi comrimarea -, oate fi izotermă, adiabată sau olitroă. Se ot cocee o ifiitate de combiaţii î care comresia şi destiderea să fie de aceeaşi atură, sau de atură diferită. Ciclul comresorului tehic (fig.8.) oate fi cosiderat ca fiid format di ciclul uui comresor teoretic ae şi ciclul uei maşii care ar roduce lucru mecaic ri destiderea gazului di saţiul mort, ea. Petru ambele cicluri se calculează lucrul mecaic cu relaţia (8.), scrisă etru valoarea coresuztoare a exoetului. alorile obţiute se îsumează algebric, obţiâdu-se lucrul mecaic cosumat de comresorul real, mooetajat.

5 98 ermotehică Relaţia la care se ajuge, cosiderâd atât comresia, cât şi destiderea de atură olitroică, este de forma: (8.9) ( ) lc µ v v Studiid deedeţa lucrului mecaic cosumat de gradul de umlere, rezultă că, etru gaze biatomice şi ε 0, 05, valoarea maximă a lucrului mecaic cosumat se obţie etru valoarea gradului de umlere: µ 0,65, resectiv etru resiuea de refulare: 0,67. Aceste valori trebuie evitate, etru a evita cosumul maxim de lucru mecaic. Î realitate, ciclul uui comresor tehic cu isto u rezită ici admisia şi ici refularea ca trasformări izobare. Datorită ierţiei suaelor şi etru a acoeri ierderile de sarciă e circuit, aar suraresiui atât e circuitul de asiraţie, Δ a, cât şi e cel de refulare, Δ r. Astfel, î cursa de admisie -, resiuea di cilidru este de fat mai mică decât cea di coloaa de asiraţie, iar î cursa de refulare -, resiuea gazului di iteriorul cilidrului este mai mare decât cea di coloaa de refulare. Aceste difereţe de resiue asigură delasarea gazului. Δ r Δ a Fig.8.5 Ciclul real al comresorului tehic cu isto 8..Comresorul tehic (real), olietajat, cu isto Limita imusă etru resiuea de refulare a uui comresor mooetajat, coform relaţiei (8.8), oate fi deăşită ri costrucţia uui comresor olietajat. U comresor olietajat este u asamblu de comresoare mooetajate motate î serie (astfel îcât refularea uuia să fie legată la admisia următorului comresor).

6 ermotehică 99 răcitor itermediar etaj I etaj II Fig.8.6 Schema uui comresor cu două etaje Fiecare etaj de comresiue este, de fat, u comresor mooetajat. Ître etajele de comresiue se motează u răcitor de gaz, care dimiuează lucrul mecaic cosumat de comresor. Î fig. 8.6 este rerezetată schema uui comresor cu două trete de comresiue. La u comresor olietajat, la care se cuosc resiuile de asiraţie şi de refulare se ue roblema determiării resiuilor itermediare, e baza codiţiei de miimizare a lucrului mecaic cosumat. r F a ct ct ct Fig.8.7 Procesele coresuzăoare uui comresor cu două etaje de comresie [7](izotermele coresuzătoare ricialelor stări s-au trasat cu liie îtrerută) Se aelează la comresorul teoretic olietajat, deoarece cocluziile sut valabile şi etru comresorul tehic. Răcirea maximă a agetului, ître etaje, se efectuează âă la izoterma stării Î fig.8.7 uctul coresude fucţioării fără răcire, caz î care starea fială ar fi F, iar uctul coresude fucţioării cu răcirea agetului ître etaje. Răcirea este u roces izobar, care se desfăşoară ître stările şi. Determiarea resiuilor itermediare se face î ioteza:

7 00 ermotehică ' ' '... î cazul uui comresor cu etaje de comresiue. Lucrul mecaic cosumat este miim dacă raortul de comresiue, X, este acelaşi etru fiecare etaj: (8.0) r X, a deci vom avea relaţia ître resiui: (8.)... + ' ' ' Î cazul î care aceste codiţii se resectă, fucţioarea comresorului este otimă. Dacă îtreţierea comresorului este defectuoasă, lucrul mecaic cosumat creşte. De exemlu, deuerea de iatră e ţevile răcitorului itermediar face ca uctele,,, să u se mai situeze e aceeaşi izotermă, izoterma uctului, ci e izoterme diferite. Lucrul mecaic cosumat creşte, iar radametul comresorului se reduce. 8..Istalaţii de rearare şi comrimare a aerului O istalaţie de regătire şi comrimare a aerului se comue di comresorul roriu-zis, filtru de raf, filtru etru vaorii de ulei, sistem de uscare şi răcire a aerului, u rezervor de aer comrimat (rezervor tamo) etru cazuri de avarie, disozitive şi aarate de reglare a resiuii (fig.8.8) Fig.8.8. Schema simlificată a uei istalaţii de rearare şi comrimare a aerului:.filtru de raf;.suaă de asiraţie;.elemete de etaşare;.asamblu isto; 5. arbore cotit; 6.baie ulei; 7.rezervor tamo; 8.motor electric; 9.filtru ulei; 0.suaă de refulare

8 ermotehică 0 Utilizarea aerului umed u este ermisă, deoarece î diferite comoete ale sistemului eumatic temeratura oate coborî astfel îcât vaorii de aă să codeseze sau chiar să îgheţe. feomeul trebuie evitat etru a u ericlita mişcarea relativă a iselor. Istalaţiile sut echiate cu sisteme de uscare a aerului. aorii de ulei, roveiţi di lubrifierea echiajului mobil, sut reţiuţi de filtre seciale, etru a u îfuda comoete sau a u degrada reerele di cauciuc ale sistemului []. Îtrebări test.lucrul mecaic cosumat de u comresor teoretic cu isto este miim dacă rocesul de comrimare se desfăşoară duă o: a)izotermă;... b)adiabată; a) b) c) c)olitroă.. Procesul real de comrimare îtr-u comresor cu isto este cosiderat a)izoterm;... b)adiabat; a) b) c) c)olitroic..lucrul mecaic tehic cosumat de u comresor teoretic, mooetajat, cu isto: a) are valoare egativă, fiid u lucru mecaic rimit de sistem;... b) are valoare ozitivă, fiid u lucru mecaic rimit de sistem; a) b) c) c)are valoarea miimă atuci câd rocesul de comresie este cosiderat izoterm..comresorul real, mooetajat cu isto: a)u rezită saţiu mort la sfârşitul cursei de evacuare;... b)este caracterizat de gradul de umlere, µ ; a) b) c) c)este caracterizat de o valoare maximă a resiuii de refulare, Max. 5.Gradul de umlere al uui comresor real rerezită: a)cilidreea comresorului;... b)raortul ditre volumul asirat şi cilidreea comresorului; a) b) c) c)raortul ditre volumul mort şi cilidreea comresorului. 6.olumul mort al uui comresor real cu isto : a)rotejază comresorul la suraîcălzire;... b)dimiuează cilidreea teoretică a comresorului; a) b) c) c)rotejază comresorul la surasolicitări mecaice, datorită comresibilităţii gazului. 7.Răcirea comresorului, de la temeratura reală,, la o temeratură, aroiată de temeratura coresuzătoare uei comresiui izoterme: a)ermite dimiuarea lucrului mecaic cosumat de comresor;... b)costă î evacuarea sarciii termice Q m c ( ); a) b) c) c)cotribuie la îmbuătăţirea fucţioării comresorului. 8.Creşterea resiuii de refulare a uui comresor tehic cu isto se oate obţie ri: a)izolarea termică a ereţilor cilidrului;... b)motarea î aralel a mai multor etaje de comrimare; a) b) c) c)motarea î serie a mai multor etaje de comrimare.

9 0 ermotehică Problema U comresor mooetajat teoretic (fără volum mort) cu isto are cilidreea 6dm El asiră aer la resiuea 00 kn şi temeratura m 9K şi îl refulează la resiuea 6bar. Cosiderâd comresiuea ca fiid u roces la temeratură costată, să se calculeze lucrul mecaic tehic cosumat de comresor la u ciclu de fucţioare. Care este uterea cosumată de comresor, dacă fucţioează la turaţia de N 500 rot? mi Rezolvare 6 bar ct 00kN/m Fig.8.P Ciclul de fucţioare al uui comresor teoretic, mooetajat, cu isto Lucrul mecaic tehic cosumat de comresor este dat de relaţia: L t d ude volumul oate fi exrimat î fucţie de resiue scriid legea trasformării izoterme: ct Deci, L t d d 5 l l 075J 00 0 Puterea cosumată de comresor este dată de rodusul ditre lucrul mecaic cosumat î timul uui ciclu şi turaţie (exrimată î rotaţii e secudă):

10 ermotehică Pc N Lt ,W 60 Probleme rouse 8.. Cosiderâd aceleaşi date ca î roblema 8.., să se calculeze lucrul mecaic tehic cosumat î timul uui ciclu, î cazul î care comresiuea este o trasformare olitroică, avâd, 5. La ce temeratură,, este refulat aerul? 8.. U comresor real, mooetajat, cu isto asiră aer la resiuea bar şi temeratura 9K şi refulează la resiuea 8bar. Debitul masic de aer vehiculat de comresor este m 0,0 kg Se cuoaşte s căldura secifică sub resiue costată a aerului c kj. Se cosideră kg K că, atât comresiuea, cât şi destiderea sut trasformări olitroice cu exoetul,. Să se calculeze fluxul de căldură care trebuie evacuat etru ca fucţioarea comresorului î timul comresiuii să oată fi cosiderată izotermă. RĂSPUNSURI ŞI REZOLĂRI Îtrebări test.a;.c;.a,c;.b,c; 5.b; 6.b,c; 7.a,b,c; 8.c. Probleme 8..Rezolvare Lucrul mecaic tehic cosumat de comresor este dat de relaţia: L t d ude volumul oate fi exrimat î fucţie de resiue scriid legea trasformării olitroe: Deci, ct

11 0 ermotehică 79J 77, ,5,5 d d L,5,5 5 t emeratura la care este refulat aerul comrimat este:, rezultă 75K 58, 6 9,5,5 Observaţie Î cazul comrimării olitroice lucrul mecaic cosumat este mai mare, î modul, decât î cazul comrimării izoterme. 8..Rezolvare Răcirea comresorului trebuie făcută astfel îcât să se evacueze fluxul termic coresuzător difereţei ditre temeratura stării şi temeratura stării. Î fig.8..temeratura stării rerezită temeratura gazului duă o comrimare olitroică, iar temeratura stării este temeratura gazului la admisie, deci temeratura la care s-ar desfăşura comrimarea izotermă. Fig.8.. Ciclul de comrimare al uui comresor real cu isto. Cele două curbe trasate cu liie subţire rerezită izotermele coresuzătoare temeraturilor şi, resectiv, ( ) W 55, ,0 mc mc Q,, ct ct