Асинхронные двигатели

Так, для обратимого адиабатного процесса полезная внешняя (техническая) работа (для m/μ=1 кмоль):

* = (γ/(γ -1) · { (P1·υ 1) ·[1 - (P2/P1) (γ -1)/ γ] }; (3)

для идеального газа

*= (γ/(γ -1) · { (R·T1) ·[1 - (P2/P1) (γ -1)/ γ] } (4).

Из формул (3) и (4) следует, что работа сжатия в компрессоре величина отрицательная (работа совершается над газом). Однако для удобства расчётов её определяют как положительную, по абсолютной величине.

В этом случае формулы можно записать так:

* = (γ/(γ -1) · { (P1· υ 1) ·[ (P2/P1) (γ -1)/ γ - 1] } (кДж/кмоль) (5)

*= (γ/(γ -1) · { (R·T1) ·[ (P2/P1) (γ -1)/ γ-1] }

Для единицы массы (1кг) идеального воздуха работа сжатия (техническая) компрессора:

*= (γ/(γ -1) · { (R*·T1) ·[ (P2/P1) (γ -1)/ γ-1] } (6).

Здесь R*= R/μ =8.314 кдж/(кмоль·0К) /29 кг/кмоль=0,287 кдж/ кг 0К. Работа, потребляемая компрессором при изотермическом сжатии:*= P1· υ 1 · ln( P2/P1).

Работа lе* на валу компрессора больше индикаторной работы li* вследствие наличия механических потерь при вращении вала в подшипниках, трения поршня о стенки цилиндра и др. Потери эти учитываются механическим к.п.д.

ηм = li*/ lе* (7)

Отношение

ηе = l*/ lе *= ηi · ηм (8)

называется эффективным к.п.д. компрессора. Мощность Ni, затрачиваемая внутри цилиндра реального компрессора при производительности v (в м3/с) и плотности рабочего тела при входе в компрессор ρ1 (в кг/м3), может быть определена по формуле (М = v·ρ массовый расход воздуха)

( l*·v ·ρ1 / ηi ) = ( lад*·v·ρ1 /ηi ад ) = ( lиз *·v·ρ1/ηi из) (9) Здесь l*, lад* и lиз* берутся в  кДж/кг.

Мощность на валу компрессора:

е = Ni / ηм (10)

Выше отмечалось, что индикаторную работу (а, следовательно и мощность) компрессора можно определить по индикаторной диаграмме, измеряя её площадь. Используя масштаб, единицы площади затем можно перевести в ед. работы.

Полный адиабатный КПД компрессора:

ηад= Nад/ Nе = m· l*/(τ · Nе) (11)

Здесь Nад- полная теоретическая мощность. Её определяют через полезную внешнюю работу l*:

ад = L*/τ = m· l*/τ = M· (i2-i1); (12)

Для идеального газа :

ад = M·ср ·(Т2 - Т1 ). (13)

Здесь М= m/τ -массовый расход газа в кг (воздуха), ср - удельная изобарная теплоёмкость. 

 

 

 

 

 

 

Режим работы поршневого компрессора.

 Сжимаясь в цилиндре поршневого  компрессора, воздух нагревается. На  выходе из одноступенчатого компрессора  его температура превышает 1500С. При  этом часть тепла поглощается  деталями и элементами конструкции головки компрессора, что приводит к повышению их температуры и изменению тепловых зазоров в узлах трения. Если не обеспечить отвод тепла, головка не успевает охлаждаться. Последствия представить несложно: температура смазываемых узлов возрастает выше допустимого уровня, полностью выбираются тепловые зазоры. В «лучшем» случае это грозит ускоренным износом механизма компрессора, в худшем - немедленным выходом из строя в результате заклинивания. Это учитывается при проектировании компрессора. Для обеспечения теплосъема применяют принудительное охлаждение компрессорной головки - обдув воздухом. В качестве нагнетателя обычно используется вентилятор электродвигателя или шкив коленчатого вала компрессора. Чтобы повысить эффективность охлаждения, корпус головки изготавливают из сплавов с высокой теплопроводностью и делают оребренным. Такие меры наиболее просты и дешевы, но недостаточны для того, чтобы обеспечить продолжительную непрерывную работу поршневого компрессора. Поэтому поршневой компрессор изначально рассчитывается на эксплуатацию с обязательным наличием перерывов, необходимых для нормализации теплового режима головки. Количественно режим эксплуатации оценивается коэффициентом внутрисменного использования (Кви), показывающим, какую часть времени компрессор способен работать непрерывно. Отечественный стандарт определяет три вида режимов работы компрессора: кратковременный (Кви = 0,15), непродолжительный (Кви = 0,5) и продолжительный (Кви = 0,75). Способность дольше работать в непрерывном режиме означает в конечном счете большую надежность и ресурс техники. Она достигается использованием более совершенных материалов и схемных решений, больших запасов прочности конструктивных элементов, что, естественно, отражается на стоимости продукции. Как обеспечивается требуемый режим эксплуатации компрессора? Прежде всего, рассчитывая его объемную производительность, нужно учесть правильный баланс между этой важнейшей характеристикой и средним воздухопотреблением. Эти параметры связаны между собой через коэффициент, зависящий от класса компрессора, который больше единицы для компрессоров всех серий. Это означает, что подача компрессора должна быть всегда больше, чем среднее воздухопотребление. Величина запаса по производительности тем больше, чем ниже положение, занимаемое компрессором в «табели о рангах». Отдав предпочтение более дешевой технике (например, полупрофессиональной серии), необходимо заложить в расчеты больший запас по производительности. Функцию хранения запасенного сжатого воздуха выполняет ресивер, а в случае разветвленной пневмосети - также и внутренний объем магистралей. В этом заключается наиважнейшая роль ресивера наряду с демпфированием пиковых нагрузок, сглаживанием пульсаций давления и охлаждением сжатого воздуха. Может сложиться мнение, что чем больше емкость ресивера, тем легче жизнь компрессора. Это мнение ошибочно. Дело в том, что для наполнения ресивера до максимального давления, когда автоматика прессостата (устройства автоматического регулирования) отключает компрессор, требуется время, и немалое. При необоснованном увеличении объема ресивера компрессор будет трудиться непрерывно на его восполнение, выходя из допустимого режима работы. Объем ресивера связан как с производительностью компрессора, так и с характером воздухопотребления. По этой причине компрессорная головка одной производительности может комплектоваться ресиверами нескольких типоразмеров, объем которых отличается в несколько раз. В среднем объем ресивера таков, что компрессор способен наполнить его за 3-4 мин. Если потребности в сжатом воздухе примерно равномерные по времени, то в целях экономии средств можно ограничиться минимальным ресивером. Если возможны пиковые нагрузки, лучше предпочесть больший. Итак, грамотно выбрать компрессор для заданного воздухопотребления означает определить его производительность и объем ресивера таким образом, чтобы при эксплуатации данный компрессор работал в режиме внутрисменного использования, на который он рассчитан. Несоответствие режима работы паспортному значению приводит либо к неэффективному использованию компрессора, либо к сокращению его ресурса и преждевременному выходу из строя. Срок службы пневмооборудования и затраты на его ремонт в значительной степени определяются качеством сжатого воздуха. Известно, что главным врагом пневматических машин является грязный воздух с высоким содержанием частиц пыли. При этом, мелкие частицы, а их в воздухе промышленных зон более 80%, легко проходят сквозь входные воздушные фильтры компрессорных установок.

Далее, после сжатия, в трубопроводах пневмосистемы эти частицы смешиваются с водяным конденсатом, парами масла, окалиной и создают эмульсию с довольно агрессивными свойствами. Такая эмульсия вызывает интенсивную коррозию и ускоренный износ деталей пневмооборудования, что, в свою очередь, ведет к увеличению длительности простоев оборудования и значительному росту затрат на его ремонт. Для безотказной работы пневмооборудования должным образом должна производиться подготовка сжатого воздуха. Приводим типовую схему подготовки сжатого воздуха с использованием поршневого компрессора:

 

Рис.5. Грамотная схема подготовки сжатого воздуха в случае применения поршневого компрессора.

 Слева на право: А - поршневой  компрессор; Б - воздушный охладитель сжатого воздуха; В- циклонный сепаратор; Г - ресивер; Д - фильтр предварительной очистки (3 мкм.) с влагоотделителем; Е - холодильный осушитель воздуха; Ж - фильтр промежуточной очистки (1 мкм.) с влагоотделителем; З - фильтр для удаления масла (0,01 мкм.) с влагоотделителем;И - выходной угольный фильтр для удаления запахов.

Рис.6. Типовая схема установки для подготовки сжатого воздуха с использованием винтового компрессора.

 Слева на право: А - винтовой  компрессор; Г - ресивер; Д - фильтр предварительной  очистки (3 мкм.) сжатого воздуха с  влагоотделителем; Е - холодильный осушитель; Ж - фильтр промежуточной очистки с влагоотделителем; З - фильтр для удаления масла (0,01 мкм.) с влагоотделителем; И - угольный фильтр для удаления запахов. Обратите внимание на то, что в составе второй схемы отсутствует охладитель сжатого воздуха. Это объясняется тем, что сжатый воздух в поршневом компрессоре может нагреваться до 120ºС, в то время, как в осушитель холодильного типа он должен поступать с температурой не более 55 градусов. Именно поэтому сжатый воздух после поршневого компрессора требует предварительного охлаждения. Из винтового же компрессора выходит сжатый воздух с температурой не более 50 градусов, и его для осушения нет необходимости предварительно охлаждать.

 

Список литературы:

1. Краткий курс лекций по теплотехнике [Текст] / И. В. Новоселов, Р. А. Молчанова, Г. Д. Теляшева; М-во образования и науки Российской Федерации, Гос. образовательное учреждение высш. проф. образования "Уфимский гос. нефтяной технический ун-т". - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2010-. - 20 с.

2.Теплотехника [Текст]: учебник для студентов инженерно-технических специальностей вузов / [А. П. Баскаков и др.]; под ред. А. П. Баскакова. - 3-е изд., перераб. и доп. - Москва: Бастет, 2010. – 324с. 

3.Тихомиров К.В., Сергеенко Э.С. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция: Учеб. для вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1991. – 480 с.

4. Теплотехнические измерения и  приборы - Преображенский В.П. /Учебник для вузов — 3-е изд., перераб. — М.: "Энергия", 1978. — 704 с.1978 г.

5. [электронный ресурс] http://ru.wikipedia.org

6. [электронный ресурс] http://www.ngpedia.ru/id548228p1.html