ВИПРОБУВАННЯ ПОРШНЕВОГО КОМПРЕСОРА

Затверджено

на засіданні кафедри

прикладної гідроаеромеханіки і механотроніки

Протокол № 7 від хх.хх.2011 р.

Методичні вказівки

До ВИКОНАННЯ лабораторних робіт

з навчальної дисципліни

“компресорні машини”

для студентів спеціальності 7.05050205 “ Гідравлічні машини, гідроприводи та гідропневмоавтоматика”

Київ

НТУУ “КПІ”

Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з навчальної дисципліни “Компресорні машини” для студентів спеціальності 7.05050205“Гідравлічні машии, гідроприводи та гідропневмоавтоматика’’ / В. С. Кривошеєв. – К.: НТУУ “КПІ”, 2006.- 43 с.

Гриф надано Методичною радою НТУУ ”КПІ’’

(протокол № 1 від хх вересня 2011 р.)

Навчальне видання

Методичні вказівки

До ВИКОНАННЯ лабораторних робіт

З НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ

“компресорні машини”

Укладач Вячеслав Семенович Кривошеєв, канд. техн. наук, доцент,

Лабораторна робота №1

ВИПРОБУВАННЯ ПОРШНЕВОГО КОМПРЕСОРА

Мета роботи – ознайомити студентів з основними елементами конструкції поршневого компресора та компресорної установки, з умовами її експлуатації, з елементарним методом дослідження роботи компресора і контрольно-вимірювальною апаратурою, що застосовується для цього; визначити основні параметри роботи компресора, необхідні для побудови характеристики.

Компресорні машини застосовують для переміщення газу та підвищення тиску (стиснення).

В поршневому компресорі досягається найбільше підвищення тиску газу при мінімальній (в порівнянні з іншими компресорами) продуктивності.

Основні параметри (величини), що характеризують роботу поршневого компресора:

тиск газу на вході в циліндр - р₁ і виході з циліндру - р₂, Па, кгс/см²;

абсолютна термодинамічна температура газу відповідно - Т₁ і Т₂, К;

ступінь підвищення тиску (стиску) газу в циліндрі - e= р₂/ р₁;

продуктивність (подача): об’ємна Q, м³/с, м³/хв; вагова G, Н/с, Н/хв, кгс/хв;

масова М, кг/с, кг/хв;

коефіцієнт продуктивності l;

частота обертання вала двигуна n, об/с, об/хв;

коефіцієнт корисної дії (ККД) h;

напір Н, Дж/кг, кгс×м/кгс;

потужність (на валу компресора), , кВт.

Компресорна установка

Схема компресорної установки зображена на рис. 1.1. Вона складається з компресора 1, поршні якого приводяться в рух електродвигуном постійного струму (на схемі не вказаний), повітряного фільтру 2, мастиловологовідділювача 3, повітрозбірника (ресивера чи зрівнювального бака) 4 і зворотного клапана 5.

2. Основні дані компресора

· Марка компресора ВУ-3/8, що означає – повітряний (рос. – воздушный), кутовий (У-образне розміщення циліндрів), продуктивність розрахункова м³/хв, надлишковий (манометричний) тиск нагнітання 8 кгс/см²; частота обертання вала компресора n=960 об/хв, потужність на валу компресора кВт.

· Тип компресора – поршневий двоциліндровий, двоступінчатий (з послідовно підключеними циліндрами), звичайної (одинарної) дії, тобто стиск газу відбувається з одного боку поршня.

· Основні геометричні дані: діаметр циліндра низького тиску (ЦНТ) D₁=220 мм, циліндра високого тиску (ЦВТ) D₂=120 мм, хід поршня в обох циліндрах S=100мм.

3. Стислий опис компресорної установки

На рис. 1.1 показаний схематичний вертикальний розріз компресора по циліндрах (ЦНТ і ЦВТ), розташованих під кутом 90°. В кожному циліндрі є поршні 6 і 7, які шатунами 8 і 9 з’єднані з колінчастим валом. Двигун обертає колінчастий вал і приводить поршні в зворотно-поступальний рух різного напрямку в кожному циліндрі. Для зменшення тертя поршнів по стінках в циліндр подається мастило. Таким чином, коли в ЦНТ закінчився процес стиснення повітря, відбувається нагнітання його в ЦВТ (на схемі зображений момент роботи, коли нагнітання повітря в ЦНТ закінчене). Подальше стиснення повітря відбувається в ЦВТ, а в цей час в ЦНТ відбувається всмоктування повітря з атмосфери.

На кришках циліндрів є всмоктуючий і нагнітальний клапани, які забезпечують цикл роботи кожного циліндра.

При вході в ЦВТ встановлюється повітряний фільтр 2 для очищення повітря від зважених в повітрі твердих частинок. При стиснені газу підвищується його температура відповідно до залежності .Для надійної роботи компресора циліндри охолоджуються водою, що проходить крізь спеціальні сорочки 10, а повітря з ЦНТ проходить крізь холодильник ребристого типу 12, в якому по зовнішньому циліндру проходить стиснене повітря, а по внутрішньому – вода.

З холодильника повітря поступає в проміжний мастиловологовідділювач 11 і далі в ЦВТ. З компресора стиснене повітря поступає в основний мастиловологоовідділювач 3, де відбувається його основне очищення від конденсату, нагару і мастила, і далі в повітрозбірник 4, в якому тиск газу вирівнюється, і поступає споживачу.

Для безпеки роботи зворотній клапан 5 обов’язково встановлюється за компресором і автоматично перекриває повернення повітря в компресор. Також для безпеки роботи на проміжному холодильнику і повітрозбірнику встановлюються запобіжні клапани 14 і 15, що підтримують певний тиск в циліндрах і повітрозбірнику.

4. Основні експлуатаційні особливості компресора та його пуск

Компресор вибухонебезпечний, так як температура спалаху мастила, що знаходиться у циліндрах, складає 220 ... 240°С (такої температури можна досягти при адіабатному стиснені повітря при e=6), а гримуча суміш, утворена від нагару, може спалахнути і раніше. Тому гранична ступінь підвищення тиску повітря, що утворюється в одній ступені, обмежена температурою спалаху мастил і не повинна перевищувати і перед пуском компресора необхідно ввімкнути систему охолодження компресора і мастильний насос (якщо він встановлений окремо), а також необхідно вести контроль температури повітря на виході, яка не повинна перевищувати 160°С.

Через зворотно-поступальний рух поршнів подача газу нерівномірна, тому тиск в напірній магістралі коливається, що можна спостерігати по ударам зворотного клапана.

Наявність мастила та вологи в газі, що подається, вимагає встановлення спеціального мастиловологовідділювача на напірній магістралі.

Попадання мастила і нагару з компресора в напірну магістраль і повітрозбірник також може призвести до вибуху цих елементів установки.

Методика випробувань

При роботі компресора здійснюється політропний процес стиснення газу з охолодженням. В цьому випадку показник політропи m менше показника адіабати k.

Основна мета даної роботи – визначити основні характеристики компресора при певному режимі роботи:

де - ступінь підвищення тиску компресора; - політропний ККД.

Крім цього наближено визначають політропний напір без проміжного охолодження (між циліндрами), адіабатний і ізотермний напори компресора для порівняння їх значень і виявлення змін роботи, затраченої на стиснення і переміщення газу при різних процесах його стиснення.

6. Визначення продуктивності компресора

Продуктивність компресора визначають за допомогою витратомірної діафрагми 13 (див. рис. 1.1), що встановлюється в перерізі скидної труби (після повітрозбірника), по тарувальним графікам відповідно до показів манометра Δр₅ і термометра t₅, що встановлюються перед діафрагмою.

Порядок побудови тарувальної кривої аналогічний тому, який використо-вувався в роботі “Випробовування відцентрового вентилятора”. Але тут викорис-товують лише одну діафрагму. Тарувальні криві остаточно перевіряють експери-ментально.

Криві для визначення витрати побудовані для атмосферного тиску мм рт. ст. і К. При інших атмосферних умовах величину вагової витрати визначають з виразу

G = G₀ ,

де визначають за атмосферними параметрами досліду, а g₀ = 1,2 кгс/м³.

Якщо ступінь підвищення тиску мало відрізняється від розрахункового, продуктивність компресора визначається наближено за формулою

Q = Q_р і G = g×Q,

де Q_р=3 м³/хв – розрахункова продуктивність;

n_р= 960 об/хв– розрахункова частота обертання.

7. Визначення ступеня підвищення тиску (стиску) газу в компресорі

Ступінь підвищення тиску газу в компресорі визначають стиском газу в кожному циліндрі: в першому циліндрі і в другому – , або , якщо (як часто приймається), а в компресорі в цілому виходять з виразу

або .

Абсолютний тиск визначають з виразів:

, , ,

де значення визначають за даними манометра у відповідних перерізах, кгс/см².

Зауважимо, що при вході в компресор тиск менший за атмосферний на величину втрат на гідравлічний опір всмоктуючого патрубка і фільтра.

Приклад. Якщо мм рт. ст. або мм вод. ст.,

мм вод. ст., кгс/см²,

то 10330-100=10230 мм вод.ст.=10230 кгс/м².

10330+40000=50330 мм вод.ст.=50330 кгс/м².

8. Визначення напору компресора при різних процесах стиску газу

При випробуваннях здійснюється політропний процес з частковим охолодженням газу.

Політропний напір визначають для кожного циліндра за формулами:

Н =

і

Н = ,

а для всього компресора

,

де m₁ і m₂ - показники політропи, які можуть бути визначені за наступними набли-женими формулами:

m₁= і m₂= .

Визначення політропного напору всього компресора без врахування проміж-ного охолодження газу (між ЦНТ і ЦВТ) наближено розраховують в припущені, що Т₃= Т₂, тоді:

Н = і Н = .

Зауважимо, що .

Адіабатний напір (максимальний) відповідає теоретичному і, коли машину охолоджують, його визначають за аналогічними формулами

= ;

= ,

А для всього компресора

.

Примітка. На практиці адіабатний напір часто використовують для визначення адіабатної потужності компресора (так як відомі показники адіабати k) для наближеного визначення потужності електродвигуна компресора, кВт:

.

Ізотермічний напір відповідає процесу при повному охолоджені циліндрів (Т₁=Т₂=Т₃=Т₄). В цьому випадку отримується мінімальний напір (при тому ж сту-пені стиску) і витрачається мінімальна потужність двигуна. Ізотермний напір визначають за формулами:

=2,303RT₁lge₁ і =2,303RT₁lge_2,

а для всього компресора

= + =2,303RT₁(lge₁ + lge₂),

тут k= 1,4 – показник адіабати (для повітря);

R=29,27 кгс×м/(кг×K) - газова стала (для повітря).

9. Визначення політропної потужності компресора

Випробовування компресора виконують при політропному процесі. В цьому випадку корисну потужність компресора визначають за формулою, кВт

.

10. Визначення потужності на валу компресора

Потужність на валу компресора може бути визначена з виразу, кВт

,

де U – напруга, що підводиться до двигуна, В;

I – сила струму, А;

= 0,7 – ККД електродвигуна з врахуванням ККД мастильного насоса.

11. Визначення політропного ККД компресора

Політропний ККД відображає економічність компресора при даному циклі роботи і його визначають з виразу

h = .

12. Допоміжні графіки для визначення напорів

Для спрощеного обчислення напорів (політропного, адіабатного і ізотермного) наводяться допоміжні графіки (див. рис. 1.2 чи 1.3), що виражають залежність

=ƒ₁ (e₁)=

для політропного, адіабатного (m=k=1,4) напорів, а для ізотермного (m=1)

= ƒ₂(e₁)=2,303Rlge_1.

Ці залежності походять з виразів напорів. Аналогічно для другого циліндра (див. рис. 1.4 – 1.6).

Приклад користування графіками

Якщо за даними дослідів визначено: m=1,2; T₁=293 K і e₁=2,5, то з графіків визначають політропний напір:

Н /Т₁ = 29 або Н =29×293=8500 м;

адіабатний напір в даному випадку (при m₁=k=1,4):

Н /Т₁=30,7 або Н =30,7×293=9 000 м,

а ізотермний напір (при m₁=1)

Н /Т₁=26,8 або Н =26,8×293=7 850 м.

Зауважимо, що на графіках індекси у e і m поставлені умовно.

Рис. 1.2

Рис. 1.3

Рис. 1.4

Рис. 1.5

Рис. 1.6

12
• 3
• 4
• Далее ⇒