19 Компрессоры

19.41 В компрессоре сжимают воздух. Процесс сжатия осуществляют: по изотерме, адиабате и политропе с показателем n. В начальном состоянии давление воздуха p₁, температура t₁, после сжатия – давление p₂. Масса воздуха М=10 кг.

Определить для трех названных процессов: объем газа в начальном и конечном состояниях, температуру в конечном состоянии, работу процесса сжатия, количество теплоты, изменения внутренней энергии и энтропии. Сравнить работу каждого процесса сжатия и работу компрессора, в котором этот процесс происходит.

Принять: показатель адиабаты k=1,4; среднюю массовую изохорную теплоемкость c_υm=0,723 кДж/(кг·К). Для определения удельной газовой постоянной использовать уравнение Майера.

Дать совмещенное изображение всех процессов в координатах р-υ и T-s (без масштаба). В координатах p-υ показать работу компрессора для рассмотренных процессов сжатия.

Таблица 1.1 – Исходные данные

Варианты задачи: 6.

19.42 Газ — воздух с начальной температурой t₁=27ºC сжимается в одноступенчатом поршневом компрессоре от давления р₁=0,1 МПа до давления р₂. Сжатие может происходить по изотерме, по адиабате и по политропе с показателем политропы n. Определить для каждого из трех процессов сжатия конечную температуру газа t₂; отведенную от газа теплоту Q и теоретическую мощность компрессора, если его производительность G. Дать сводную таблицу результатов расчетов и изображение процессов сжатия в pυ- и Ts — диаграммах. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы 1.

Указание. Расчет провести без учета зависимости теплоемкости от температуры.

Таблица 1 — Исходные данные

19.43 Расчет сжатия газа в изотермическом, адиабатном и политропном процессах

Один килограмм (1 кг) газа, начальное состояние которого характеризуется параметрами р₁ и Т₁, сжимают до конечного давления р₂. Сжатие осуществляется по изотерме, адиабате и политропе с показателем n.

Определить: 1) термические (p, υ, T) параметры газа в начале и в конце каждого процесса; 2) изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии в каждом процессе (Δu, Δi, Δs); 3) количество подведенной или отведенной теплоты к рабочему телу q; 4) работу изменения объема L (работу процесса сжатия).

Построить масштабный эскиз решения в p-υ и T-s — диаграммах. Исходные данные приведены в табл.1. Теплоемкости μc_υ и μc_p принять постоянными, полученными на основании молекулярно – кинетической теории (табл.2).

Таблица 1

19.44 Сжатие газа в компрессоре

Два идеальных компрессора (одно- и трехступенчатый) приводятся в действие двигателями равной мощностью 60 кВт. Обоими компрессорами сжимается газ по политропе с показателем n. Начальные параметры газа — p₁ и t₁, конечное давление — p_k. В трехступенчатом компрессоре газ между ступенями охлаждается до первоначальной температуры. Определить производительность каждого компрессора по начальным условиям V, температуру сжатия tk и количество отводимой теплоты Q_1-k. Теплоемкость принять постоянной.

Проанализируйте полученные параметры.

Данные, необходимые для расчета в зависимости от номера варианта, приведены в прилагаемой таблице.

Таблица 1 – Исходные данные

19.46 В поршневом двухступенчатом компрессоре сжимается 1 м³ воздуха от давления р₁=0,1 МПа до давления р₂. Начальная температура воздуха t₁, ºC, показатель политропы сжатия n, коэффициент вредного пространства α_в. Определить наивыгоднейшее давление р_пр воздуха в промежуточном охладителе, температуру в конце сжатия, работы в ступенях и полную работу.

Полученные результаты сравнить с результатами одноступенчатого сжатия, сделать вывод. Привести p-V диаграмму с указанием процессов. Исходные данные в табл.5.

Таблица 5

19.47 Расход газа в поршневом одноступенчатом компрессоре составляет V₁ при давлении р₁=0,1 Мпа и температуре t₁. При сжатии температура газа повышается на 200 ºC. 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 таблиц 3, 4. При расчете принять: k=c_p/c_υ=const≠f(t). Ответить на вопросы: Как влияет показатель политропы на конечное давление при выбранном давлении p₁  и фиксированных t₁ и t₂? Чем ограничивается p2 в реальном компрессоре?

Таблица 3

Таблица 4

19.48 (Вариант 24) Расчет компрессора

Компрессор производительностью V₁, м³/час, состоящий из m ступеней, сжимает газ от давления p₁ до p₂. Сжатие в ступенях происходит по политропе с показателем n. Промежуточное давление выбрано оптимально, а охлаждение во всех теплообменниках производится до начальной температуры T₁, K. Охлаждающая вода, прокачивающаяся через рубашки цилиндров и теплообменники, нагревается на Δt=13 ºC.

Исходные данные для решения задачи приведены в таблице 4.

Найти общую мощность, затрачиваемую на сжатие в компрессоре, и расход охлаждающей воды. Сравнить найденную мощность с мощностью, которая затрачивается на сжатие в одноступенчатом компрессоре с процессом сжатия по политропе с тем же показателем n. Теплоемкость в расчетах считать постоянной. Перед расчетом изобразить принципиальную схему компрессора, а также процессы сжатия изобразить в p-υ и T-s — диаграммах.

Таблица 4

Конец таблицы 4

Варианты задачи: 11, 12.

19.49 В процессе политропного сжатия воздуха G=61·10^-3 кг/c, в одноступенчатом поршневом компрессоре отводится теплота в количестве Q=1,3 кДж/c. При сжатии от начального абсолютного давления 0,1 МПа температура воздуха возрастает от 15 ºС до t₂=115 ºC. Определить показатель политропы процесса сжатия, конечное давление, удельную работу сжатия и техническую работу на получение сжатого воздуха, Дж/кг. Какова теоретически потребная мощность привода компрессора, кВт.