Техническая термодинамика курсовая Новиков

В результате расчета приходим к следующему выводу :мощность на привод в охлаждаемом компрессоре минимальна, в неохлаждаемом компрессоре максимальна. В многоступенчатом компрессоре удается приблизиться к изотермическому сжатию.
Из расчета видно, следует применять возможно более интенсивное охлаждение газа в процессе сжатия его и, производить сжатие в последовательно соединенных ступенях, осуществляя понижение температуры газа в охладителях, включенных в поток между ступенями.

В современных компрессорах применяют:
1) охлаждение компрессора подачей воды в специально выполненные полости в отливке корпуса (внутреннее охлаждение). Этот способ существенно улучшает условия смазки поршневых компрессоров. Добиться этим способом существенной экономии энергии, приближа ...

Введение……………………………………………………………………2
1. Теоретический анализ работы компрессора……………………….4
1.1 Назначение и типы компрессоров………………………………..4
1.2 Термодинамический анализ работы компрессора……………11
1.3 Двухступенчатый компрессор…………………………………..14
2. Расчет процессов сжатия в компрессорах……………. ………..18
2.1 Охлаждаемый компрессор ………. ……………………………18
2.2Неохлаждаемый компрессор …………………………………..20
2.3 Двухступенчатый компрессор…………………………………..21

Заключение……………………………………………………………25
Список использованной литературы……………………………………….27
Приложение 1..…………………………………………………………………28

Теплотехника – наука, объектом исследования которой является методы получения, преобразования, передачи и использования теплоты.
Теплота используется человеком во всех областях своей деятельности. Изучение рациональных способов использования, анализ экономичности рабочих процессов тепловых установок и создание новых, наиболее совершенных типов тепловых агрегатов основано на знании теоретических основ теплотехники. Теплота используется человечеством по двум направлениям: энергетическом и технологическом. При энергетическом использовании, теплота преобразуется в механическую работу, с помощью которой в генераторах создается электрическая энергия, которая передается на расстояние. При этом сжигают топливо в котельных установках или в двигателях внутреннего сгорания. При технологическом - теплота используется для изменения свойств предмета, называемого телом ( для расплавления, затвердевания, изменения структуры, механических, физических, химических свойств).
Так, для получения сжатого воздуха используют различные типы компрессоров.
К компрессорам относятся также вентиляторы и вакуумные насосы.
Все эти машины предназначены для нагнетания газа из области низкого давления в область высокого давления.
Компрессоры действуют в оптимальном режиме при ε 1,15. Неохлаждаемые компрессоры (ε 2,5-3) называют воздуходувками, нагнетателями или продувочными насосами.
Вентиляторы в отличие от других компрессорных машин работают почти без повышения давления (в оптимальном режиме ε 1 -1,15).

Вакуумные насосы предназначены для удаления газов и паров из сосудов при давлении в них ниже атмосферного.
Задачей термодинамического анализа компрессора является опреде-ление работы, затрачиваемой на сжатие рабочего тела при заданных начальных и конечных параметрах.
Курсовая работа состоит из введения, двух глав, заключения, списка литературы и приложения.

Из-за расширения этого газа процесс всасывания начинается не верхнего положения поршня, а в точке 1, после того, как давление в процессе расширения 4-1 станет меньше р0. Чем больше «вредное» пространство V0, тем меньше активный ход процесса всасывания, и тем меньше производительность компрессора.В ротационных компрессорах газ сжимается в отдельных камерах переменного объёма, образуемых пластинами 3 (рис.1.3), скользящими в пазах ротора 1 и прижимающимися под действием центробежной силы к стенкам корпуса 2. Ротор и корпус расположены эксцентрично, поэтому при перемещении камер их объем попеременно возрастает и уменьшается. Газ поступает через всасывающий патрубок, сжимается при уменьшении объема и нагнетается в нагнетательный трубопровод. Рис.1.3 Ротационный компрессорКомпрессоры винтового типа (рис.1.4) состоят из двух роторов, которые делают вращательные движения в разных направлениях. Корпус имеет асимметричный профиль. Сжатие воздуха происходит с помощью винтовой пары, роторов и корпусных стенок. Рис.1.4 Устройство  винтового компрессораТорцы 2-х роторов, вращающихся в противоположных направлениях, открывают впускное отверстие и воздух поступает в компрессионную камеру. Воздух всасывается и сжимается между роторами и картером, сформированным выступом одного ротора и желобом другого (рис.1.5). Впрыскиваемое масло герметизирует зазоры и смазывает роторы. По мере вращения роторов внутренний объем камеры постепенно уменьшается, сжимая таким образом захваченный воздух.  Сжатый воздух выходит через выпускной канал.Рис. 1.5. Рабочее пространство в винтовом компрессореВ лопаточных компрессорах (центробежных и осевых) скорость газа увеличивается при помощи лопаток, вращающихся вместе с ротором компрессора. Кинетическая энергия потока газа превращается в потенциальную в расширяющихся каналах, образованных неподвижными лопатками, укрепленными на корпусе компрессора.Лопаточные компрессоры применяются в газотурбинных установках, в турбонагнетателях поршневых двигателей, а также в других машинах, где требуется перемещение и сжатие упругих веществ (газов или паров).Осевой компрессор схематически изображен на рис. 1.6. Конструкция состоит из массивного ротора с несколькими венцами рабочих лопастей 4 и корпуса, несущего венцы неподвижных направляющих лопастей 6. Газ всасывается в приемный патрубок и, двигаясь в осевом направлении, сжимается последовательно в лопастных ступенях компрессора. Через напорный патрубок газ вытесняется в трубопровод, ведущий к потребителям.Рис.1. 6. Схема осевого компрессораПривод осевых компрессоров - от электродвигателей, паровых и газовых турбин.Основным элементом центробежного компрессора является набор лопастей 1 сложной формы, расположенных на равных расстояниях на ободе вращающегося вокруг горизонтальной оси диска. Эти лопасти (см. рис.1.7) при вращении ротора (направление вращения обозначено на рисунке цифрой 2) засасывают поступающий воздух и отбрасывают его к выходной трубе. За счет центробежной силы воздух сжимается. Направление тока воздуха показано цифрой 3.Рис.1.7 Центробежный компрессорУпрощенная модель открытой термодинамической системы, имитирующей компрессор, показана на рисунке 1.8. а бРис. 1.8 Схема и - диаграммы компрессорных процессов Процесс сжатия, происходящий в компрессоре, на диаграмме p – v изображается линией 1-2, а заштрихованная площадь на рисунке 1.8б представляет собой теоретическую работу компрессора.Компрессор – машина, потребляющая энергию, работа его отрицательна2. 2. Термодинамический анализ работы компрессораВ условиях интенсивного отвода теплоты может быть осуществлено изотермическое сжатие, при полной тепловой изоляции цилиндра - адиабатное, и политропное сжатие при теплообмене и изменении температуры газа. a бРис.1.9 - диаграммы компрессорных процессовСоздание изотермического или адиабатного компрессора проблематично, более реален компрессор с политропным сжатием, когда показатель политропы n больше единицы, но меньше k . Рабочий процесс политропного компрессора изображен на рисунке 1.9 линиями 0-1-2n-3.Из графиков на рисунке 1.9 видно, что наименьшую работу имеет изотермический компрессор, а наибольшую – адиабатный.Поскольку компрессор – это машина, потребляющая энергию, уменьшение работы является положительным фактором. Следовательно, при конструировании компрессоров следует предусматривать интенсивное охлаждение газа в цилиндре. Для этой цели цилиндры имеют водяные рубашки охлаждения или развитое оребрение снаружи при воздушном охлаждении.Охлаждаемый компрессор, изотермическое сжатие. Удельная работа компрессора при изотермическом сжатии равна(1)Из этого выражения следует, что работа изотермического компрессора численно равна работе изотермического сжатия. На рисунке 1.9.б изотермическое сжатие показано линией 1-2Т, а работа такого компрессора определяется площадью 012Т3.Тогда мощность N, затрачиваемая на сжатие G кг/с газа, равна (2)Вся энергия, подводимая в форме работы, в этом случае отводится в виде теплоты: (3).(4)Неохлаждаемый компрессор, адиабатное сжатие.Работа компрессора при адиабатном сжатии определяется по формуле(5)Это выражение свидетельствует о том, что работа адиабатного компрессора в k раз больше работы адиабатного процесса сжатия. На рисунке 1.9 процесс адиабатного компрессора изображен линиями 0-1-2А-3, а площадь, заключенная в этом контуре представляет собой работу компрессора.Мощность, затрачиваемая на привод компрессора(6)Политропное сжатие в компрессореПолитропный процесс является общим видом термодинамического процесса и протекает в компрессорах в зависимости от внешних и внутренних условий с показателем n = 1,15 - 1,80.На рис.1.10 в Ts- диаграмме показан: политропный n < k, свойственный компрессорам с интенсивным водяным охлаждением (рис.1.10 а); политропный n > k, типичный для лопастных (центробежных и осевых) компрессоров (рис. 1.10, б).Рис. 1.10, T s - диаграммы компрессорных политропных процессов,В процессе политропного сжатия затрачивается работа(7)(8) При этом количество теплоты, которое необходимо отвести от рабочего тела за единицу времени, равно(9)(10) При увеличении производительности компрессора с увеличением давления сжатого воздуха, увеличивается температура и ухудшаются условия смазки и одноступенчатый компрессор становится непригодным для получения газа высокого давления. Обычно одноступенчатые компрессоры применяют для получения сжатого газа давление 0,8…1МПа. Если нужен газ более высокого давления используют многоступенчатые компрессоры. 1.3. Двухступенчатый компрессорДля воздушных компрессоров общего назначения чаще всего применяется двухступенчатое сжатие, которое можно рассматривать как частный случай многоступенчатого сжатия.Схема двухступенчатого компрессора приведена на рис.1.11. Рис.1.11 Схема компрессора двухступенчатого сжатия В первой ступени газ сжимается от давления до давления с при этом объем уменьшается, а температура увеличивается от T1 до T2. Сжатый газ поступает в теплообменный аппарат, где охлаждается до температуры T1 при постоянном давлении. Процессы в двухступенчатом компрессоре изображены на диаграммах состояния p – v и T – s (рис.1.12):Рис.1.12 Т,s и р, - диаграммы двухступенчатого компрессора1'-2' - политропное сжатие в первой ступени;2'-1" - изобарное охлаждение в промежуточном охладителе; 1"-2" - сжатие до конечного давления во второй ступени. Площадь 1"-2'-2-2" - экономия энергии от применения двухступенчатого сжатия промежуточным охлаждением.Минимальная работа на привод двухступенчатого компрессора затрачивается при равенстве степеней повышения давления в каждой ступени: (10)Перемножая степени повышения давления и учитывая, что , получим, а степень повышения давления в каждой ступени .(11)Аэродинамическое сопротивление трубопроводов, теплообменных аппаратов приводит к потерям давления, которые могут составлять 5…15% от давления нагнетания предыдущей ступени и учитываются коэффициентом потерь давления между ступенями . Тогда (12)где = 1.05 … 1.15,Мощность, затрачиваемая на привод многоступенчатого компрессора(13)где N1 – мощность одной ступени, рассчитываемая по формулам (6) или (8) для адиабатного и политропного сжатия соответственно.Количество теплоты, отводимой водой в теплообменных аппаратах в единицу времени .(14)C другой стороны, это количество теплоты выделяется в процессе изобарного охлаждения газа:).(15)Температура в конце сжатия в каждой ступени определяется по формуле (9):при адиабатном сжатии(16)при политропном сжатии(17)Тогда расход воды для охлаждения многоступенчатого компрессора составит.(18)2.РАСЧЕТ ПРОЦЕССОВ СЖАТИЯ В КОМПРЕССОРАХ2.1Охлаждаемый компрессор Рабочее тело – идеальный газ, подчиняющийся уравнению состоянияТеплоемкость газа постоянна и вычисляется при помощи молекулярно–кинетической теории.Таблица2.