19 Компрессоры
19.1 Определить мощность идеального компрессора с изотермическим сжатием и часовое количество теплоты, передаваемое охлаждающей воде, если р1=101325 Па, а давление сжатого воздуха р2=0,4 МПа. Расход всасываемого воздуха 500 м³/ч.
Ответ: N=19,2 кВт, Q=69580 кДж/ч.
Все задачи из: Рабинович О.М. Сборник задач по технической термодинамике
19.2 Цикл идеального компрессора
Воздух в компрессоре сжимается от давления р1 до давления р2 (при изотермическом, адиабатном и политропном сжатии).
Таблица 1 — Исходные данные для расчета компрессора
| № п/п в журнале | р1, МПа | р2, МПа | n | Т1, К | М, кг |
| 1 | 0,10 | 0,30 | 1,20 | 285 | 2,0 |
1. Рассчитать:
1.1. Параметры в начале сжатия: удельный объем υ1, м³/кг, и объем V1, м³, для М, кг воздуха;
1.2. Параметры в конце сжатия: удельный объем υ2, м³/кг, и объем V2, м³, для М, кг воздуха; температуру Т2, К (для изотермического, адиабатного и политропного сжатия);
1.3. Для привода компрессора: удельную работу l, Дж/кг, и работу L, Дж, для М, кг воздуха (для изотермического, адиабатного и политропного сжатия);
1.4. Изменение удельной энтропии Δs, Дж/(кг·К) и энтропии ΔS, Дж/К для М, кг воздуха (для изотермического, адиабатного и политропного сжатия);
2. Рассчитанный цикл вычертить в рυ и Ts координатах (в масштабе).
3. Вычертить индикаторную диаграмму идеального и реального одноступенчатого компрессора в рυ — координатах (б/м).
4. Ответить на контрольные вопросы:
4.1. Назначение компрессора?
4.2 Какие допущения делаются при изучении идеального компрессора, отличающие его от реального компрессора?
Варианты задачи: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32.
19.3 В одноступенчатом поршневом компрессоре диаметр цилиндра 220 мм, ход поршня – 120 мм, коэффициент объемной подачи λυ=0,675. Определить теоретическую мощность, потребную для сжатия воздуха, если частота вращения вала компрессора 960 об/мин; давление в ступени повышается от 0,1 МПа до 0,43 МПа; сжатие осуществляется по политропе с показателем n=1,26.
Ответ: NT=8,4 кВт.
19.4 Расход газа в поршневом одноступенчатом компрессоре составляет V1 при давлении р1=0,1 МПа и температуре t1. При сжатии температура газа повышается на 200ºC. Сжатие происходит по политропе с показателем n. Определить конечное давление, работу сжатия и работу привода компрессора, количество отведенной теплоты (в киловаттах), а также теоретическую мощность привода компрессора. Исходные данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 28.
Таблица 28
| Вариант | V1, м3/мин | t1, ºC | Газ | n |
| 00 | 20 | 0 | Воздух | 1,35 |
Указание. При расчете принять: k=cp/cυ=const≠f(t)
Ответить на вопросы: Как влияет показатель политропы на конечное давление при выбранном давлении p1 и фиксированных t1 и t2 (ответ иллюстрируйте в Ts — диаграмме)?
Чем ограничивается p2 в реальном компрессоре (кроме ограничения по максимальном допустимой конечной температуре)?
Варианты задачи: 01, 02, 03, 04, 05, 06, 07, 08, 09, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99.
19.5 (Тема «Процессы сжатия газа в компрессоре»)
Одноступенчатый идеальный компрессор сжимает атмосферный воздух (R = 287 Дж/(кг·К, k = 1,4) в политропном процессе со средним показателем политропы n и подает его потребителю для технологических нужд в количестве М, кг/c под избыточным (по манометру) давлением р2изб.
Начальные параметры воздуха: атмосферное давление р1 = 0,1 МПа, температура t1, ºС.
Определить температуру воздуха в конце сжатия и количество теплоты процесса сжатия (указать подводится или отводится теплота).
Определить теоретическую мощность, затрачиваемую на привод компрессора и сравнить с мощностью изотермического и адиабатического сжатия до р2изб.
Определить необходимый массовый расход охлаждающей жидкости (воды) в системе охлаждения компрессора, если температура в ней не должна повышаться более, чем на Δtсж, ºС.
Изобразить рабочий цикл компрессора в сравнении с изотермическим сжатием при изменении абсолютного давления от р1 до р2, в р,υ- и T,s — системах координатах.
Исходные данные взять в таблицах 1 и 2 в соответствии с номером задания.
Таблицы 1 и 2
| Параметры | Вариант 00 |
| М, кг/с | 0,10 |
| t1, ºС | 25 |
| р2изб, МПа | 0,60 |
| n | 1,55 |
| Δtсж, ºС | — |
Все задачи из: ТЕПЛОТЕХНИКА И ТЕРМОДИНАМИКА ЯГТУ
19.6 Определить теоретический напор, развиваемый центробежным вентилятором, если частота вращения рабочего колеса n = 1500 об/мин, внутренний диаметр рабочего колеса d1 = 0,5 м, окружная скорость воздуха на выходе с рабочей лопатки u2 = 45 м/с, абсолютная скорость воздуха при входе на рабочее колесо С1 = 32 м/с, абсолютная скорость воздуха на выходе с рабочего колеса С2 = 60 м/с, угол между абсолютной и окружной скоростями при входе воздуха на рабочую лопатку α1 = 40º и угол между абсолютной и окружной скоростями на выходе с рабочей лопатки α2 = 20º.
Ответ: Нт = 157,7 м.
Учебник: Панкратов Г.П. Сборник задач по теплотехнике Москва 1986.pdf
Все задачи из: Панкратов Г.П. Сборник задач по теплотехнике Москва 1986
19.7 (Вариант 02) В поршневом компрессоре производительностью G происходит сжатие воздуха начального давления (p1) до конечного со степенью повышения давления в каждой ступени компрессора (π). Начальная температура воздуха (t1). Сжатие воздуха в каждой ступени компрессора происходит по политропе с показателем (n) и охлаждением воздуха в промежуточном холодильнике до начальной температуры (в случае многоступенчатого компрессора).
Определить: параметры воздуха в каждой ступени компрессора в начале и конце сжатия (p, υ, T); работу сжатия lсж, а также эффективную мощность привода (Nв) и работу (lпр), затрачиваемую на привод компрессора. Изобразить процессы в р-υ и Т-s- диаграммах.
Исходные данные взять из табл.1 и 2 по последней и предпоследней цифрам шифра зачетной книжки. Газовая постоянная для воздуха R=287 Дж/(кг·К).
Таблица 1
| Параметры, обозначения, единицы измерения | Значение |
| Начальное давление р1, кПа | 110 |
| Начальная температура t1, ºC | 15 |
| Степень повышения давления π | 2,5 |
Таблица 2
| Параметры, обозначение, единицы измерения | Значение |
| Производительность G, кг/c | 1,0 |
| Показатель процесса сжатия n | 1,24 |
| Количество ступеней z | 3 |
| Общий КПД компрессора ηk | 0,8 |
Варианты задачи: 27, 36, 82, 40, 10.
19.8 Произвести термодинамический расчет многоступенчатого поршневого компрессора, производящего G, кг/c сжатого до давления pk воздуха, если предельно допустимое повышение температуры газа в каждой ступени Δt, а сжатие происходит с показателем политропы n.
Состояние воздуха на входе в компрессор: р1=0,1 МПа; t1=27ºC. В промежуточных теплообменниках сжатый воздух охлаждается изобарно до первоначальной температуры t1.
Определить:
— количество ступеней компрессора:
— температуру воздуха после сжатия в каждой ступени;
— количество теплоты, отводимое в систему охлаждения цилиндров компрессора и в промежуточных теплообменниках;
— объемную производительность компрессора по входу и выходу.
Принимаемые допущения:
— компрессор считать идеальным, трением и вредным пространством пренебречь;
— степень повышения давления в каждой ступени компрессора считать одинаковыми.
Данные для расчета выбрать из таблицы 2.
Таблица 2
| Вариант | Δt, ºС | рк, МПа | n | G, кг/c |
| 00 | 80 | 6 | 1,15 | 0,65 |
Варианты задачи: 01, 02, 03, 04, 05, 06, 07, 08, 09, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99.
19.9 (Вариант 68) В одноступенчатом поршневом компрессоре воздух сжимается от давления р1=0,1 МПа и температуры Т1=290 К до давления р2. Стенки цилиндра компрессора охлаждаются водой так, что процесс сжатия воздуха в нем является политропным. Показатель политропы сжатия n. Объемная производительность компрессора при параметрах на всасывании V1.
Теплоемкость воздуха принять постоянной сυ=0,716 кДж/(кг·К), ср=1,0 кДж/(кг·К); показатель адиабаты k=cp/cυ=1,4; газовая постоянная воздуха R=287 Дж/(кг·К).
Определить:
1 Температуру Т2 (в Кельвинах и в ºС) и объемный расход V2 сжатого воздуха, массовую производительность компрессора G и удельный объем воздуха в начальном υ1 и конечном υ2 состоянии.
2 Изменение энтальпии Δi, изменение энтропии Δs воздуха в процессе сжатия, теплоту q, отводимую от воздуха при сжатии на 1 кг массы.
3 Затрачиваемую техническую работу l′, кДж/кг и теоретически необходимую мощность для привода компрессора N0, кВт.
Определить также температуру сжатого воздуха Т2ад и затрачиваемую техническую работу lад при адиабатном сжатии (без охлаждения) и сравнить их с величинами Т2 и l′ при политропном сжатии.
Изобразить процесс сжатия по политропе от р1 до р2 в рυ и Ts диаграммах (без масштаба) и обозначить штриховкой площади, изображающие l′, q и Δi. Для сравнения показать на этих же изображениях процесс сжатия по адиабате.
Величину p2 и V1 выбрать из табл.2 по последней цифре шифра, а n — из табл.3 по предпоследней цифре шифра.
Таблица 2
| p2, МПа | V1, м3/ч | n |
| 0,60 | 400 | 1,27 |
19.10 Теоретический одноступенчатый поршневой компрессор (без объема вредного пространства) имеет подачу воздуха V1 при давлении 0,1 МПа и температуре 17ºС. Определить температуру и объем воздуха в конце политропного (n=1,3) процесса сжатия до абсолютного давления p2. Определить также теоретическую мощность привода компрессора и сравнить ее с мощностью изотермического сжатия.
Таблица 1 – Числовые данные к задачам контрольной работы №1
| Предпоследняя цифра шифра | V1 м³/мин | p2, бар |
| 1 | 3 | 7 |
Ответ: V2=0,671 м³/мин, t2=181 ºС, Nпол=12,3 кВт, Nиз=9,7 кВт, Nпол/Nиз=1,27.
