Po načinu rada razlikujemo volumetrijske i kompresore građene na strujnom (dinamičkom) principu rada.

Transcript

1 . UVOD Komresori su radi strojevi ili uređaji koji komrimiraju eki li ili aru a viši tlak, odoso liovima ili arama ovisuju eergetsku raziu. Primjea komrimiraog zraka i drugih liova ili ara u suvremeoj roizvodji i životu uoće široko je zastuljea, a ovdje se avode eke ajvažije rimjee. Komrimirai zrak se uotrebljava kao rijeosik eergije otrebe za rovedbu mehaičkih radih zadataka, a uz to se često uotrebljavao i jegov sadržaj kisika da bi se omogućile određee kemijske reakcije. Stlačei zrak uotrebljava se za ogo eumatskih čekića, bušilica i ostalih alata, eumatski trasort rastresitih materijala, eumatski trasort kaljevia i drugih liova, miješaje i rasršivaje kaljevia, miješaje i dovođeje kisika biološkim susezijama, filtriraje od tlakom ili vakuumom, ogo visokih eći za roizvodju sirovog željeza, ogo metalurških eći u roizvodji čelika i obojeih metala, ujeje kesoa i dizaje otoulih brodova, vetilaciju rudičkih rostora i uređaja, ogo liskih turbia i avioskih mlazih motora, ukaljivaje zraka o Joule - homso-ovom rigušom efektu. Uz zrak i ostali komrimirai liovi i are veoma su važi u moderoj rocesoj i roceso kemijskoj roizvodji. Povišei tlak, r., ovećava sosobost kaljevia da asorbiraju liove. Povišei tlak i temeratura liova omogućuju i ubrzavaju odvijaje jihovih međusobih kemijskih reakcija. U tehici hlađeja komrimiraje ara radih tvari rashladim komresorima omogućuje rovedbu lijevih kružih rocesa i ostvarivaje hlađeja isod okoliše temerature, sve do ekstremo iskih temeratura. Lijevi kruži rocesi u odručju temeratura izad okoliše - ogrjevi rocesi ili rocesi dizalice tolie omogućuju da se rasoloživa toliska eergija iz okolie komrimirajem are rade tvari rocesa diže a višu eergetsku raziu, a višu temeraturu, i tako služi za grijaje uz razmjero vrlo mali utrošak eergije. U rocesoj tehici komrimiraje različitih liova i ara koristi se kod ujeja i trasorta komrimiraih liova u čeličim bocama i sremicima, komrimiraja liova ri trasortu liskim dalekovodima, ukaljivaja i razdvajaja liskih smjesa, siteze metaola (CO + H CH OH) od tlakom r. od 850 bara uz rimjeu katalizatora, siteza amoijaka (N + 6H NH ) od tlakom oko 000 bara uz rimjeu katalizatora, roizvodja etilea, te klora i viil-klorida u roizvodji moderih lastičih masa, katalitičko hidriraje ugljee rašie i masti ri tlakovima bara i temeraturama C, r. ri roizvodji sitetičog bezia, komrimiraje ugljikovodika u aftoj roizvodji, krekiraje u rafiaciji afte, komrimiraje radih tvari u sustavima rashladih uređaja, komrimiraje CO u rehrambeoj idustriji, ivarstvu i roizvodji gaziraih aitaka, te roizvodji krutog CO (suhog leda) itd... PODJELA PO NAČINU RADA Po ačiu rada razlikujemo volumetrijske i komresore građee a strujom (diamičkom) riciu rada. Volumetrijski se rici rada sastoji u tome da se omoću kostrukcijskih elemeata ostvari u komresoru takav rostor koji osigurava smajeje volumea lia ili are a utu od ulaza do izlaza iz komresora. Na volumetrijskom riciu rada grade se stai (komresori s oscilirajućim staom) i rotori (azivaju se još i komresori s rotirajućim staovima, a tu sadaju lameli, s ekscetričim rotorom, vijčai i komresori sa zavojicom - " scroll").

2 Na strujom (diamičkom) riciu rada grade se turbokomresori i ejektori. Pli se komrimira a diamičkom strujom riciu, ri čemu se koristimo silama i ojavama koje se javljaju kod ubrzavaja i usoravaja liske struje. Prema ačiu vođeja liske struje turbokomresori se izvode kao radijali i aksijali. Ejektori - mlazi komresori također sadaju u komresore koji rade a strujom riciu rada. Komresori Struji (diamički) Volumetrijski Ejektor Radijali Aksijali Rotori Stai Jeda rotor Dva rotora Lameli ekućiski rste Vijčai Vijčai Root Klijača Labirit Križa glava Membraa Sl... Podjela komresora o ačiu rada.. PODJELA PO IZVEDBI KUĆIŠA Vrlo česta odjela komresora, osebo oih koji se koriste u tehici hlađeja je a tzv. otvoree, oluhermetičke i hermetičke izvedbe, oviso o ačiu ugradje ogoskog motora. Kod otvoreog komresora ogoski je motor odvoje od komresora, hlađe zrakom, a komresor treba imati brtveicu vratila, kako bi se sriječio izlaz rade tvari iz komresora. Kod hermetičkih i oluhermetičkih komresora elektromotor i komresor ugrađuju se u isto zabrtvljeo kućište, a amotaji elektromotora hlađei su strujom rade tvari koja ulazi u komresor. Zbog dobrog hlađeja elektromotori su maji ego li je to slučaj s motorima otvoreih komresora. Kod oluhermetičkog komresora kućište je zatvoreo rirubicom koja se može rastaviti za otrebe servisa, dok je kod hermetičkih komresora kućište zavareo.

3 Sl... Otvorea izvedba rashladog komresora Sl... Poluhermetička izvedba rashladog komresora Sl..4. Hermetička izvedba rashladog komresora

4 .. PODJELA PO DOBAVI Po dobavi se komresori grubo mogu odijeliti a male (do 0 m /mi), sredje (0 do 00 m /mi) i velike (izad 00 m /mi). Dobava se, ukoliko to ije drukčije rečeo, odosi a staje lia a usisom riključku..4. PODJELA PO RADNIM LAKOVIMA U ovisosti o koačom tlaku za koji je komresor građe, mogu se razlikovati: vakuum crke koje služe za trasort liova i ara iz rostora u kojima vlada odtlak uhaljke za koače tlakove do bar, čija je amjea r. za isiraje kod dvotaktih motora, dobava zraka za visoke eći i sl. iskotlači komresori za koače tlakove koji se kreću u ribližim graicama od do bar (eumatski alati, automatska regulacija, rashladi uređaji i sl.). sredjetlači komresori za koače tlakove koji se kreću u ribližim graicama od 0 do 50 bar (kemijska i afta idustrija, okretaje razi mehaizama i uređaja i sl.). visokotlači komresori za koače tlakove koji se kreću u ribližim graicama od 00 do 500 bar (kemijska idustrija - siteza liova od tlakom, ujeje boca sa stlačeim liovima i sl.)..5. GRANICE PRIMJENE Stai komresori grade se i rimjejuju oda kada je otrebi komresijski omjer s obzirom a dobavljeu količiu lia velik, a turbokomresori, oda kada je otrebo dobavljati vrlo velike količie lia uz relativo mali komresijski omjer. Na Sl..5. rikazae su ribliže graice odručja rada za stae, lamele i vijčae komresore, te radijale i aksijale turbokomresore. lak [bar] Dobava [m /s] Sl..5. Dobave i tlakovi kod rimjee staih, lamelih, vijčaih i turbokomresora 4

5 Na ordiati je aese ostizivi tlak P [bar], a a ascisi dobava komresora V [m /s]. Oko graice između odručja rimjee staih komresora s oscilirajućim staom i turbokomresora alaze se odručja rada lamelih i vijčaih komresora. Prikazaa odručja rada odose se a komresore jedokrate i višekrate komresije.. ERMODINAMIČKE OSNOVE KOMPRESIJE.. PROMJENE SANJA I RAD KOMPRESIJE Proces komresora može rikazati u,v-dijagramu kao roces koji se odvija između dva stala tlaka i. Stali tlakovi mogu se održati za slučaj beskoačo velikih sremika. Kod komresora s oscilirajućim staom se kretajem staa uutar cilidra od GM ka DM usisava li iz rostora u kojem vlada stali tlak (romjea a-), zatim se kretajem staa od DM ka GM li komrimira (romjea -) i istiskuje (romjea -b) u rostor u kojem vlada stali tlak. U sljedećem okretaju vratila ove se ojave oavljaju, a ih se aziva teoretskim ciklusom komresora. o ije kruži roces u termodiamičkom smislu, već se ovim azivom želi istakuti cikličost ojava. Razmatraja koja su ovdje rikazaa a rimjeru staog komresora odose se i a vijčae, lamele i turbokomresore, samo što se kod jih rocesi usisavaja, istiskivaja i komresije odvijaju istovremeo, dok se kod komresora s oscilirajućim staom ti rocesi odvijaju u odvojeim vremeskim itervalima. b a Sl...,V- dijagram rocesa i shematski rikaz cilidra jedostuajskog staog komresora 5

6 Ovako redoče roces je ideala roces. Zaemare je šteti rostor i jegov utjecaj, ije uzeta u obzir tromost vetila i stvara brzia jihova otvaraja. Kad se usviji olitroska romjea staja, zaemarea je i izmjea tolie između lia i stijeke cilidra. Za trasort i komresiju lia otrebo je utrošiti rad, koji u slučaju staog komresora obavlja eka eriodički romjejiva sila F koja djeluje a ovršiu staa A savladavajući romjejivi tlak lia u cilidru, a vrijedi F A Kako je rad rodukt sile i uta, tj. W Fx, za eki elemetari omak staa x d s vrijedi d W F d s Ad s Kako je rodukt Ad s jedak romjei volumea cilidra dv za omak d s, vrijedi d W dv Itegracijom se iz gorjeg izraza dobiva W V V dv Ovaj je rad u,v-dijagramu a slici.. rikaza ovršiom a---b-a i redstavlja rad rocesa između dva stala tlaka (tehički rad). Da bi se odredila zakoitost romjee tlaka u cilidru tijekom jedog ciklusa komresije koristi se jedadžba staja V MR ili jezi diferecijali oblik d V + V d MRd + R d M akođer je za određivaje rada tijekom jedog ciklusa otrebo koristiti jedadžbu romjee staja, koja za olitrosku romjeu staja glasi V kost Kod izoterme romjee staja vrijedi, kod izetroske romjee staja vrijedi κ. 6

7 Rad usisavaja Prilikom usisavaja lia u cilidar u skladu s rocesom rikazaim a sl... mijejaju se volume i masa lia u cilidru, dok su tlak i temeratura stali, tj d 0 i d 0. Diferecijali oblik jedadžbe staja je tada dv R d M a kada se gorji izraz uvrsti u izraz za rad W dv dobije se V V W u V V R Va M d M a d M Kod idealog je komresora a očetku usisavaja masa lia u cilidru M 0, a volume cilidra je također V 0, a vrijedi W u R M, a kad se uzme u obzir jedadžba staja V MR, može se gorji izraz isati u obliku W u V Rad istiskivaja Za rad istiskivaja vrijedi aalogo W i Vb M b dv R d M RM, V M a slijedi kao i raije W i V Rad komresije Diferecijali oblik jedadžbe olitroske romjee staja glasi V dv + V Dijeljejem s d 0 V dobiva se 7

8 d V V d Uvrštejem u jedadžbu staja (diferecijali oblik) uz d M 0 (jer su vetili zatvorei i masa lia u cilidru se e mijeja), dobiva se d V dv MRd Sređivajem slijedi d V dv MRd i dalje dv MR d Kako je za olitrosku romjeu staja ajčešće > (tolia se odvodi od lia) iše se dv MR d ada je rad olitroe W MR d Itegracijom slijedi W MR MR ( ) Kako su običo kod komresora ozati tlakovi a usisu i u tlačom vodu, uvrštejem jedadžbe za romjeu temerature kod olitroske romjee staja dobiva se W V 8

9 Kod komresije lia ili are od tlaka (staje ) i (staje ) romjea staja može biti: izoterma (rilikom komresije radoj se tvari odvodi tolia tako da je, a karakterističa jedadžba glasi kost ). Za izotermu je V MR kost a ako difereciraja dobiva se diferecijali oblik (uz R kost, M kost, kost ) d V Vd Iz gorjeg izraza i jedadžbe staja slijedi d V MR d a je rad izoterme komresije W iz V d dv MR V MR l izetroska s kost ; izmijejea tolia q 0 ; a omjer temeratura a kraju i rije komresije dobiva se iz κ κ Rad izetroske komresije je, aalogo izrazu za rad olitroske komresije W is V κ κ κ olitroska s kost ; izmijejea tolia q cδ može biti veća ili maja od 0; a omjer temeratura a kraju i rije komresije dobiva se iz rad za olitrosku komresiju je ; c c v κ. Kao što je raije rečeo, 9

10 W V Na slici.. rikazae su odgovarajuće romjee staja u,v-dijagramu. Očigledo je da je rad za izotermu komresiju ajmaji, a rad za izetrosku kmresiju ajveći, što je i logičo jer se kod izoterme komresije odvođejem tolie dodatmo smajuje volume lia u cilidru, a je i otreba rad za komresiju maji. Kod izetroske komresije ema odvođeja tolie, a je otreba veći rad. iz ol is ol <<κ is iz v Sl... Izoterma, izetroska i olitroska komresija s <<κ u,v-dijagramu Ukui rad utroše ri jedom ciklusu idealog komresora (sl...) dobiva se zbrajajem radova usisavaja, komresije i istiskivaja W + W Wu + Wiz / / is i Kako su radovi komresije i istiskivaja o usvojeoj koveciji egativog redzaka (troši se rad) a rad usisavaja ozitivog, suma radova može se odrediti kao egativa vrijedost ovršie između krivulje romjee staja i osi tlaka W teh V d S diferecijalim oblikom jedadžbe olitroe teh V W d V W V d V V d, slijedi 0

11 ehički rad i odvedea tolia ri olitroskoj komresiji, teh ol R V W ( ) c Q c c v κ kost ehički rad i odvedea tolia ri izetroskoj komresiji aalogo rethodom izrazu, slijedi, κ κ κ κ κ κ κ κ R V W teh is 0 Q kost ehički rad i odvedea tolia ri izotermoj komresiji Za izotermu je, l l R V W W iz teh iz W iz Q ; kost Često se u literaturi egativi redzak isred gorjih izraza izostavlja, odrazumijevajući da se za komresiju uvijek troši rad. Proces komresije u,s-dijagramu Izoterma komresija - iz Rad o kg rade tvari (ideali li) je ( ) s s l.

12 Rad je redoče ovršiom a-- iz -b-a a slici.. iz l b a s Sl... Izoterma komresija u,s-dijagramu Izetroska komresija - is Rad o kg rade tvari je l h is h Rad je redoče ovršiom a-- is - iz -b-a a slici.4. is iz l b a s Sl..4. Izetroska komresija u,s- dijagramu

13 Politroska komresija - ol Kod olitroske komresije vrijedi < < κ. Što je odvođeje tolie ri komresiji veće, liija romjee staja ri komresiji biti će oložitija, a temeratura a kraju komresije iža. Rad o kg rade tvari je l h ol h. Rad je redoče ovršiom a-- ol - iz -b-a is iz ol <<κ l b a s Sl..5. Politroska komresija s <<κ u,s-dijagramu Politroska komresija - ol Kad se rilikom komresije još i dovodi tolia, vrijedi > κ. Rad za olitrosku komresiju biti će veći ego za izetrosku, a temeratura a kraju komresije viša. Rad o kg rade tvari je l h ol h. Rad je redoče ovršiom a-- ol - is - iz -b-a a slici.6. ol is >κ iz l b a s Sl..6. Politroska komresija s >κ u,s-dijagramu

14 Politroska komresija - U stvarom komresoru odvija se izmjea tolie sa stijekom cilidra koja je u očetku više temerature a se liu dovodi tolia ( > κ ) a a kraju komresije iže temerature od lia, a se liu odvodi tolia ( < < κ ). Rad o kg rade tvari je l h h. Rad je redoče ovršiom a--- iz -b-a a slici.7. iz l b a s Sl..7. Politroska komresija s romjejivim u,s-dijagramu 4

15 .. VIŠEKRANA KOMPRESIJA Porastom komresijskog omjera x /, raste ri izetroskoj i olitroskoj komresiji koača temeratura komrimiraog lia. Ukoliko ova temeratura rekorači dozvoljeu temeraturu (ograičeje temerature je zbog oasosti od romjee svojstava ulja za odmazivaje), treba rimijeiti višekratu komresiju. Višestuajski komresori imaju hladjak are ili lia ako svakog stuja komresije. Kod višekrate je komresije koača temeratura zato iža ego je to kod jedosteee. Višekrata komresija daje uštedu a radu, i što komresor ima više stujeva, to je ribližeje izotermoj komresiji veće (od uvjetom da se li ili ara ohlade a očetu temeraturu iza svakog stuja). Povećaje komresijskog omjera utječe a smajeje stuja dobave (utjecaj a λ i λ ). Kod višestuajskih je komresora stuaj dobave λ viši ego kod jedostuajskih koji bi radili između istih tlakova. sremik, hladjak iza drugog stuja - ije uvijek otreba II,, hladjak, I, Sl..8. Dvostuajska (dvokrata) komresija Pli se u hladjaku iza rvog stuja ohladi a temeraturu. Hlađeje a iza drugog stuja e utječe a roces komresije, a ije i otrebo osim kod osebih zahtjeva a staje lia a ulazu u sremik. Za komresiju lia od do rimijejea je dvosteea komresija. Za odabir tlakova u ojediim stujevima ostavlja se kriterij maksimale uštede a radu. 5

16 6 Ako je L I L II L +, odoso + P V PV L, i uz R V V dolazi se do izraza za rad + R L Iz gorjeg se izraza vidi da za kostate i vrijedi ( ) L L. Derivacijom ovog izraza o varijabli i izjedačejem s ulom dolazi se do zaključka da će miimali rad biti utroše kad je. U ovom će slučaju, usvoji li se da se eksoet olitroe e mijeja ( kost ), biti i rad u svakom stuju jedak, a također će i ovišeje temerature u svakom stuju biti jedako.

17 Ušteda a radu kod višekrate komresije is,ist iz Δl is is V Sl..9. Dvokrata komresija u,v-dijagramu - is,ist jedosteea izetroska komresija - - dvosteea izetroska komresija s hlađejem are iza rvog stuja a očetu temeraturu Δ l is - ušteda a radu is,ist 4 iz Δl is is Sl..0. rokrata komresija u,v-dijagramu - is,ist jedosteea izetroska komresija - - trosteea izetroska komresija s hlađejem are iza rvog i drugog stuja a očetu temeraturu Δ l is - ušteda a radu V 7

18 Δl is is,ist iz,ist Sl... Dvokrata izetroska komresija s hlađejem are iza rvog stuja a očetu temeraturu, rikazaa u,s- dijagramu s is,ist 4 Δl is iz,ist s Sl... rokrata izetroska komresija s hlađejem are iza rvog i drugog stuja a očetu temeraturu, rikazaa u,,s- dijagramu 8

19 Δl ol is,ist iz,ist s Sl... Dvokrata olitroska komresija s hlađejem are iza rvog stuja a očetu temeraturu, rikazaa u,s- dijagramu Ušteda a radu ri dvokratoj komresiji (olitroskoj) Komresija je između tlakova i. Potrebo je odrediti uštedu a radu u slučaju da se umjesto jedosteee rimijei dvosteea komresija. Ako je komresija između i jedokrata, vrijedi L PV Ako je komresija između i dvokrata, rad se dobiva kao suma radova komresije u rvom i u drugom stuju, a vrijedi L L I + L II, odoso L PV + PV Kako je V V R, a omjeri tlakova su odabrai tako da se ostvari maksimala ušteda a radu 9

20 0 dolazi se do izraza za rad V L Kao što je već rečeo, odabra je tlak tako da je: Možejem gorje jedadžbe s dobiva se i Uvrštejem gorjeg izraza u izraz za L dobiva se PV L Oduzimajem L od L dobiva se ušteda a radu PV L L

21 Kod razvoja avedeih izraza uzeto je da je koači tlak jedog stuja komresije jedak očetom tlaku sljedećeg stuja. o u stvarosti ije moguće, jer se kod rashladih uređaja javlja i ad tlaka u vetilima i hladjacima are. Ako je N + koači tlak a očeti tlak i N broj stujeva komresije, a omjer komresije u jedom stuju, 4 N + x... N oda je... i odatle je N + 4 N + N x N x N + N. Nr. za dvokratu je komresiju x. Pomožimo li rethodu jedadžbu s, dobivamo Zbog ada tlaka tlak a izlazu iz rethodog stuja razlikuje se od ulazog tlaka u slijedeći stuaj. Ozačimo li s ' tlak a izlazu iz rvog stuja, a s tlak a ulazu u drugi stuaj, ri čemu je >, komresijski je omjer za rvi stuaj x. x ', dok je Ozačimo li s k, i omožimo izraz za x s, dobiva se x kx. Ako se uzme da je k u svim stujevima isti, tada je

22 N + N. x k Za sredje komresijske omjere može se uzeti da je ad tlaka oko 0%, tj. k,. Za rimjer a slici.5. je N, bar a N 0bar. Usvojeo je k,. + 0 Komresijski je omjer x 5, 477. x kx, 5,477 6,0 5,477 5,477 bar 6,0 6,0bar x x 5,477 5,477 x x 6,07 5,477 0 bar bar sremik hladjak II hladjak I Sl..4. Dvokrata komresija s adom tlaka u hladjacima Miimali je broj stujeva ograiče dozvoljeom temeraturom koja se e smije rekoračiti. kako je već raije rečeo, ta se temeratura kreće oko ϑ > 5 40 o C. Običo kada je x > 8 0, trebamo uotrijebiti dvosteeu komresiju. 0