Описание лабораторной установки

Методические указания

к выполнению лабораторной работы «Испытания одноступенчатого поршневого компрессора»

Составители А.В. Воробьев, К.С. Слюсарский

Издательство

Томского политехнического университета

УДК 621.1.013(035.5)

ББК 31.31

М00

Методические указания к выполнению лабораторной работы «Испытания одноступенчатого поршневого компрессора». - Томск, изд. ТПУ/ сост. А.В. Воробьев, К.С. Антонова. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2015. – с.

Методические указания рассмотрены и рекомендованы

к изданию методическим семинаром кафедры

атомных и тепловых электрических станций ЭНИН

«»2015 г.

Зав. кафедрой АТЭС

к.т.н., доц. ____________ А .С. Матвеев

Ответственный за

методическую работу каф. АТЭС

к.т.н., доц. ____________ А .С. Воробьев

Рецензент

К.т.н., доцент каф. АТЭС

А.В. Кузьмин

Цель лабораторной работы

Определение подачи, коэффициента подачи и относительных термодинамических КПД поршневого процессора. При этом используется метод заполнения воздухом ресивера известной емкости.

Основные теоретические сведения

Общие положения

Для перемещения и сжатия газов служат компрессорные машины или компрессоры.

Конструктивно компрессоры подразделяются на объемные (статического сжатия за счет уменьшения объема газа) и лопатстные (динамического сжатия за счет преобразования кинетической энергии движущегося газа в потенциальную энергию давления).

Объемный (поршневой) компрессор простейшей конструкции (рис.1) состоит из цилиндра 1, поршня 2, совершающего поступательно-возвратное движение. Цилиндр с одной стороны открыт, с другой стороны закрыт крышкой, в который помещаются всасывающий 3 и нагнетательный 4 клапаны.

Всасывающий клапан открывается в сторону цилиндра, а нагнетательный клапан открывается в сторону нагнетательного трубопровода.

При ходе поршня вправо от крышки между поршнем и крышкой цилиндра создается разряжение, и в цилиндр через автоматически открывающийся всасывающий клапан поступает воздух, так как давление воздуха в цилиндре меньше атмосферного.

При обратном движении поршня воздух в цилиндре сжимается, его давление стано-вится выше атмосферного, которое и закрывает всасывающий клапан. Сжатие в цилиндре будет происходить при закрытых клапанах до тех пор, пока давление в цилиндре не станет выше давления в нагнетательном трубопроводе. В это время нагнетательный клапан, обычно прижатый к своему седлу давлением из нагнетательного трубопровода открывается, и сжатый воздух выталкивается в воздухосборник (ресивер), после чего процесс повторяется. Таким образом за два хода поршня, соответствующие одному обороту вала, происходит полный рабочий процесс компрессора называемый циклом компрессора.

Компрессор, в котором при ходе поршня в одном направлении происходят всасывание, а при обратном - сжатие и его выталкивание в нагнетательный трубопровод, называется компрессором простого действия. Недостатком этого компрессора является то, что из двух ходов поршня только один полезный.

Рис. 1. Схема работы одноступенчатого поршневого компрессора простого действия: 1 - цилиндр; 2 - поршень; 3 - всасывающий клапан; 5 - шатун; 6 – кривошипный механизм; 7 - маховик.

Компрессор, в котором цилиндр с обеих сторон закрыт крышками, снабженными всасывающими и нагнетательными клапанами и по одну сторону поршня происходит всасывание, а по другую - сжатие и нагнетание, называется компрессором двойного действия. В этом компрессоре каждый ход поршня является полезным. Эти компрессоры по сравнению с компрессорами простого действия (при одинаковых размерах цилиндра и оборотах) более вы-годны, так как дают большую производительность.

2.2. Индикаторная диаграмма

Работу, совершаемую поршнем в цилиндре компрессора, можно изобразить в виде графика, называемого индикаторной диаграммой. Индикаторная диаграмма показывает зависимость изменения давления воздуха в цилиндре от занимаемого им объема за время одного оборота вала, т.е. за два хода поршня.

На рис. 2 приведены индикаторные диаграммы работы, совершаемой компрессором простого действия за один оборот вала для теоретического и действительного циклов.

а)	б)
Рис.. Индикаторная диаграмма поршневого компрессора для теоретического (а) и действительного (б) циклов

Горизонтальная прямая АВ соответствует процессу всасывания газа, линия ВС - про-цесс сжатия газа в цилиндре от давления до давления (изотермическому ВС или адиа-батическому ВС'), горизонтальная линия СД - процессу нагнетания газа. Заштрихованная площадь диаграммы соответствует работе, затрачиваемой на сжатие газа (в данном случае - на изотермическое сжатие).

В теоретическом, или идеальном, компрессоре отсутствует сопротивление всасываю-щих и нагнетательных клапанов, трубопроводов и вредное пространство. Вредное простран-ство компрессора слагается из зазора между поршнем и крышкой.

Действительная индикаторная диаграмма работы компрессора отличается от теорети-ческой в силу наличия вредного пространства, понижения давления при всасывании, повы-шения давления при сжатии.

В действительности сжатие газа лишь в большей или меньшей степени приближается к одному из этих процессов – изотермическому, или адиабатическому, и протекает по полит-ропе (линия ВС'').

Испытания компрессоров проводят с различными целями. Например, правила приемки поршневых воздушных стационарных компрессоров общего назначения в ГОСТ 20073-74 регламентируют пять видов проверки: предварительных, приемочных, приемо-сдаточных, периодических и испытаний на надежность. Испытания проводятся как стендовые на заводах-изготовителях, так и у потребителя (на месте эксплуатации).

Одним из важнейших параметров работы компрессора является егоподача. Теоретическая подача компрессора представляет собой объем, описываемый поршнем в единицу времени в цилиндре первой ступени .Действительнаяподача компрессора , пересчитанная на условия всасывания (при абсолютном давлении и абсолютной температуре входящего газа), всегда меньше теоретической:

Коэффициент подачи учитывает снижение подачи по следующим причинам:

§ негерметичность клапанов и поршня и перетоков газа из областей высокого давления в области низкого давления;

§ уменьшение рабочего объема камер из-за расширения остатка газа в " мертвом" пространстве цилиндра;

§ неизотермичность процесса всасывания и нагрева газа;

§ снижение давления в процессе всасывания по сравнению с начальным давлением.

При оценке тепловых качеств компрессора подсчитывается изотермическая мощность , если компрессор охлаждаемый, иди адиабатическая мощность , если компрессор не имеет системы охлаждения, и определяется коэффициент полезного действия:

изотермический или адиабатический (адиабатный) (см. п. 5).

Конструктивное совершенство компрессора оценивается механическим КПД, учитывающим механические потери на трение в деталях компрессора.

Описание лабораторной установки

Установка (рис.) оборудована одноступенчатым одноцилиндровым поршневым компрессором типа FIAC APOLLO 24 с электродвигателем. Краткое описание конструкции и основные технические характеристики компрессора даны в Приложении 1.

Рис. 1. Схема лабораторной установки: 1 - заборник воздуха; 2 - сетчатый фильтр; 3 – компрессор; 4 – влагомаслоотделитель; 5 - невозвратный (обратный) клапан; 6 – манометр; 7 – предохранительный клапан; 8 - воздухосборник (ресивер); 9 - регулирующий вентиль для выпуска воздуха

Воздух из помещения лаборатории поступает через заборник воздуха 1 и сетчатый фильтр 2 в компрессор. Сжатый воздух после компрессора подается через влагомаслоотделитель 4 и невозвратный клапан 5 в воздухосборник (ресивер) 8. Воздухосборник снабжен пружинным манометром б, предохранительным клапаном 7, и регулирующим вентилем 8 для выпуска воздуха.