Vegyipari és áramlástechnikai gépek. 7. előadás

Vegyipari és áramlástechnikai gépek. 7. előadás Készítette: dr. Váradi Sándor

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék

1111, Budapest, Műegyetem rkp. 3. D ép. 334. Tel: 463-16-80 Fax: 463-30-91 http://www.vizgep.bme.hu

Dugattyús kompresszor

Vegyipari- és áramlástechnikai gépek. 7. előadás


Az effektív gázszállítás V& eff az időegységre eső, nyomócsonkban megjelenő térfogatáram, átszámítva a szívócsonkbeli „psz”, „Tsz” paraméterekre

V& eff = λ V sI n λ – a szállítási fok VsI – az első fokozatba épített henger lökettérfogata n – a fordulatszám (térfogatáram változtatási lehetőség)

λ = λ v λT η v V i λv = V sI mennyiségi fok, az első fokozat hengerének indikátordiagramjából lemérhető ún. indikált szívótérfogat és a lökettérfogat hányadosa


T sz = λT " T1

A melegedési tényező a felmelegedés miatti

változást veszi figyelembe az első fokozatban

V& eff ηv = ' & & + V eff ∑V

hatásfoka,

az egész kompresszor volumetrikus ' V&

a résveszteség


A szállítási fok levezetése A gáztörvény felhasználásával írható

p sz V *i = R T sz

A két egyenletből

V& eff

p sz V i = R T 1"

" 1

Vi = T * V i T sz

T sz = V Vi " T1 * i

V& eff T sz + ∑ V& = V n = V i n " = ηv T1 '

* i

T sz V n ηv i " & V eff T1 =η λ= = v λ v λT V sI n V sI n Vegyipari- és áramlástechnikai gépek. 7. előadás

A volumetrikus hatásfok szokásos tartománya: ηv=0.98-0.995 A melegedési tényező értékét Kollmann kísérletei alapján közzétett diagramból határozhatjuk meg.

1

0,98

λT [−]

0,96

0,94

0,92

0,9 1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

5,5

π=pv/psz [-]


A dugattyús kompresszor főméreteinek meghatározásához nyújt támpontot az alábbi diagram 1

λ

0,9

0,8

0,7 0,1

1,0

10,0

ln π = ln (pv/psz) a

b

c

Az a, b görbék között az egyfokozatú kompresszor kis kompresszió viszonyhoz tartozó szállítási fok értékei tartoznak. A c jelű görbe a többfokozatú kompresszor alsó szállítási fok határértékeit adja. Vegyipari- és áramlástechnikai gépek. 7. előadás

A hajtás teljesítményszükséglete


A kompresszor károsterét a dugattyú holtponti helyzete és a hengerfedél közti tér valamint a szelepeket (tolattyút) a hengertérrel összekötő csatornák alkotják. A károstér nagysága és a lökettérfogat viszonya (εεo) jellemző a gépre. V o εo = Vs εo gyakorlati értékei:

εo = 0.03 ~ 0.08 normál kivitelű gép εo = 0.05 ~ 0.15 nagynyomású, kisméretű gép εo = 0.15 tolattyús vezérlésű gép. Vegyipari- és áramlástechnikai gépek. 7. előadás

A pozitív jelű munkaterület kompresszió-munkájának a számítása (n'−1)   ' ' n   pv   n   ( ) = = + − 1 p W + W kompr sz V o V s  '   p n −1  sz   A negatív jelű munkaterület expanzió-munkájának a számítása " ( −1 ) n   " "  pv  n   n   − 1 p sz V 4   W − = W exp = "  p sz  n −1    Vegyipari- és áramlástechnikai gépek. 7. előadás

n" 4

p sz V = pv V

n" o

 pv   V 4 = V o   p  sz 

Pelm belső = (W + − W − ) n j P elmbelső η mech = Pbev

1 n"

kettős működésű gépnél j=2

ηmech = 0.85 – 0.95 keresztfej nélküli KIS GÉP

keresztfejes NAGY GÉP


A mechanikus hatásfok irányadó értékei ηm = 0.95 – 0.98 a hajtógéppel közvetlenül kapcsolt kompresszor ηm = 0.90 – 0.95 álló elrendezésű gondos kivitel ηm = 0.88 – 0.92 fekvő elrendezés ηm = 0.85 gyorsjárású kis gép


Indikált teljesítmény W + −W − pik = V sI Az indikált középnyomás az a fiktív nyomás, amely a teljes lökettérfogaton hatva az indikált munkát szolgáltatná Pind=Pelm belső Vegyipari- és áramlástechnikai gépek. 7. előadás

A közepes dugattyúsebesség vk=2sn szokásos értékei vk= 2.5~5 m/s vk= 3~6 m/s vk= 4~5 m/s vk= 4~5 m/s vk= 2.5~3 m/s vk= 5 m/s

álló elrendezésű egy és kétfokozatú kis gép álló egy és kétfokozatú közepes nagyság fekvő egyszeres működésű egyfokozatú gép fekvő többfokozatú nagyméretű gép kenésmentes műszén vagy műanyag gyűrűs álló elrendezésű gép kenésmentes labirint-tömítésű álló elrendezésű gép




A többfokozatú kompresszió célja 1. 2.

Megközelíteni az izotermikus állapotváltozást Csökkenteni a kompresszió véghőmérsékletét

pv = 8 - nál ha tsz=20oC és n=1.3 Pl. p sz  p sz  T sz Akkor  =  T v  p v 

( n −1) n

1 =  8

(1.3−1) 1.3

273 + 20 T sz = = 473.45 K Tv = 0.6189 0.6189

= 0.6189 o

t v = 200.45 C

ami megengedhetetlenül nagy; a kenőolaj meggyulladhat Vegyipari- és áramlástechnikai gépek. 7. előadás

3.

Javítani a mennyiségi fokot


Elképzelhető olyan „pv” ahol már a szívószelep ki sem tud nyitni Pl. ha

V o = = 0.075 εo V sI

pv V = p sz (V o + V sI )

n

n o

n

n

pv  V o + V sI   V sI  =  = 1 +  = p sz  V o   V o  1.3

1   = 1 +   0.075 

= 31.86 Vegyipari- és áramlástechnikai gépek. 7. előadás

amely már T sz =  p sz  T v  p v 

( n −1) n

 1  =   31.86 

(1.3−1) 1.3

= 0.45

273 + 20 T sz = = 651.3K Tv = 0.45 0.45 Nem engedhető meg!

o

t v = 378.3 C


A károstér hatásának vizsgálata A két terület azonos, ha a beszívott térfogat és a nyomáshatárok azonosak.


A károstér nélküli munkaterület: ( n −1)   n  pv  n    W= − 1 p sz V sI   p   n −1 sz    

Károstér esetén bizonyíthatóan az eredmény ugyanaz: ( n −1)   n  pv  n    W = W + −W − = − 1 p sz V sI    p  n −1  sz   Vegyipari- és áramlástechnikai gépek. 7. előadás

Bizonyítás, levezetés

Az elemi munka:

dW = Vdp

A politróp kompresszióra írható

p sz V nsz = p V n

átrendezés után:

 p sz   V = V sI   p 

1

n


Behelyettesítés után a munka az adott nyomáshatárok között integrálandó pv

pv

1

pv

 p sz  1 dp n  dp = V sI p sz ∫ 1 W = ∫ Vdp = ∫ V sI  n  p  p sz p sz p sz p n

pv

1 n   (− 1n + n n ) n  n = V sI p  p = V sI p sz p   n − 1 psz n −1   1

n sz

n −1 pv n

 =  p sz

n −1   n n −1 n −1 n −1  p  1 1 n n    v  − 1 = n n − p n n = V sI p szn = p p p V sI v sz  sz sz     n −1  n −1 p   sz  


n −1 n −1     n n  pv  1 n n − 1  p v     n n  −1 =   = V sI p sz − 1 p sz p sz  p V  p   n − 1 sz sI  p   n −1 sz  sz        Hasonlóan a károstér esetén

n −1   n  pv  n     ( ) = + − 1 p W+ sz V o V s    n −1 p  sz   n −1   n  pv  n     1 = − p W− sz V 4    n −1 p sz    


n 4

p sz V = p v V

n o

 pv   V 4 = V o   p  sz 

1 n

  pv  n   W = W + −W − = p sz V sI   p  n −1 sz   

n −1 n

  −1  


Milyen közbenső px-nél szakítsuk meg a kompressziót, hogy a megtakarított munka maximális legyen?


A sűrítés munkája n −1 n −1     n n  px   pv  n n         W= R T sz  − + R − 1 1  p   n − 1 T sz  p   n −1 sz  x      

Bevezetve az alábbi egyszerűbb jelölést

n −1 β= n

β β   R T sz  p x   p v   +   − 2  W= β  p sz   p x   

Megvizsgálandó az alábbi szélsőérték feladat: ha

dW =0 dp x

akkor

W = W min Vegyipari- és áramlástechnikai gépek. 7. előadás

β −1 β −1   p v   p v  dW R T sz  p x  1   β  = + β    − 2  = 0  β   p sz  p sz dp x  p x   p x  

 px    p   sz 

β −1

1  pv  +   p sz  p x 

Kapjuk, hogy

β −1

 pv  − 2  = 0  p  x 

p x pv = p sz p x

Ez azt jelenti, hogy az egyes hengerekben azonos nyomásviszonynak kell lenni, vagy másként fogalmazva 2 x

p = p sz pv Vegyipari- és áramlástechnikai gépek. 7. előadás

px =

p sz p v

és pv-nek 2 Mivel px

a közbenső nyomás mértani közepe psz

= p sz pv 2 p x p sz pv pv = 2 = 2 p sz p sz p sz

Ez úgy is írható, hogy

 pv   px   px    =    ... p  p  p   sz össz  sz  I  sz  II Vegyipari- és áramlástechnikai gépek. 7. előadás

Legyen px=pv ezzel

 xösszes =  

 pv  pv   = xösszes = xo p  p sz  sz  össz  px   px   px  pv   .....  = xoz  =   p sz  össz  p sz  I  p sz  II  p sz  z xo = xösszes z z

 pv    p   sz  össz Vegyipari- és áramlástechnikai gépek. 7. előadás

A levezetésnél feltételeztük, hogy az egyes fokozatok utáni nyomás a következő fokozat belépő nyomásával azonos. A szelepek és a közbenső hűtő áramlási ellenállása a belépő nyomást csökkenti, ezért az xo értékét nagyobbra kell választani ' o

x = k xo = k xösszes k=1.03-1.08 k=1.15-1.2

z

 pv   = k z   p  sz  össz

nagy nyomásviszony, kis hűtőell. kis nyomásviszony, nagy hűtőell. Vegyipari- és áramlástechnikai gépek. 7. előadás

A fokozatonkénti azonos nyomásviszony konstrukciós előnye Ekkor ugyanis

n −1   n  px  n   − 1 R T sz   p   n −1 sz     WI = =1 n −1   W II n  pv  n  R T sz   − 1  p  n −1 x   

Ez pedig sI=sII löketazonosság esetén azonos erőviszonyt eredményez az egyes hengerekben


A kompresszor főméretei Legyen: j=1 j=2

z – a párhuzamosan kötött hengerek száma - egyszeres működés - kettős működés 2 3 & π V& eff V V& eff eff d d I Iπ  s  sz jn=  z jn= V sI z j n = λ 4 λ 4  dI  λ

4V& eff dI =  s  3 π λ z jn  dI 


A két oldalon átmenő dugattyúrúd átmérője legyen d*, ekkor " I

2 2 = + d d I d*

Csak az egyik oldalon átmenő dugattyúrúd esetén 2 *

d d = d + 2 ' I

2 I


λ

vk [m/s]

(s/dI)

A

0.65-0.80

1.5-4.0

0.6-0.9

750-2000

B

0.70-0.87

2.5-3.0 4.0-5.5

0.25-0.45 0.50-0.90

1000-1500 (2000)

C

0.70-0.85

(2.5) 3.2-4.2

0.4-0.6

220-1000

D

0.70-0.85

2.5-4.0

0.4-0.8

150-750

n [1/min]

Az osztályba sorolás (A, B, C, D) magyarázata a következő dián látható


A

szakaszos üzemű kis gép (festéküzem, töltőállomás)

B

kis, közepes gép; egy és kétfokozatú, helyhez kötött fedélzeti gép tartós üzemre

C

közepes, nagyobb gép 5-400 m3/min-ra több fokozat; tartós üzem

D

speciális célra épített többfokozatú gép; ipari kompresszor; fekvő, álló, boxer szögállású elrendezés Vegyipari- és áramlástechnikai gépek. 7. előadás

A kompresszor térfogatáramának változtatása 1.

Fordulatszám változtatás

V& eff = λ V sI n

Gazdaságos szab., ha a hajtó motor gazdaságosan szabályozható Háromfázisú motor esetén

Frekvencia változtatás Pólus váltás

Diesel motornál a befecskendezett üzemanyag változtatása Benzin motornál pillangószelep állítás


2.

A kompresszor időszakos leállítása Légtartály kell. A szakaszos üzem ennek a jellemzője. Kétféle lehetőség: 2.1. a hajtógép megáll 2.2. a kompresszor lekötése a hajtó gépről, a motor ilyenkor üresjáratban dolgozik

ad. 2.1. a hajtógép megáll • Előnye, hogy nincs üresjárati fogyasztás; főleg villamos hajtás esetén alkalmazzák, amikor könnyen automatizálható az indítás és a leállás • Az indítás „csillag”-”delta” kapcsolással, nagy gépnél indító ellenállással történik. A motor indítás időtartamára a kompresszort tehermentesíteni kell Vegyipari- és áramlástechnikai gépek. 7. előadás

ad 2.2. a kompresszor lekötése a hajtó gépről • Oldható tengelykapcsolóval történik. Ez azzal az előnnyel jár, hogy az újraindítás során kisebb a hálózati áramlökés, egyszerűbb az automatika • Hátrány az üresjárati fogyasztás, ami sok esetben kisebb, mint a más módszerrel szabályozott kompresszor üresjárati fogyasztása 3.

A szívóvezeték fojtása •

Üresjáratra állíthatjuk a gépet a szívóvezetékbe iktatott fojtószervvel. Ekkor az elzárástól kezdve a szállítás csökken, majd nulla lesz, ha a kompresszor a teret légtelenítette Vegyipari- és áramlástechnikai gépek. 7. előadás

•

Nagyobb nyomásviszonyra dolgozó kompresszor üresjárati nyomatéka igen egyenlőtlen, amihez jön még a gáz hőmérsékletének hirtelen növekedése a megnőtt n −1 kompresszióviszony miatt n

T sz =  p sz  T v  pv 

Hűtött gépnél a hő elvezetődik, ha azonban az elzárószerv nem zár tökéletesen, akkor egy kis mennyiségű gázt állandóan szállít a gép és így előáll a hőmérséklet növekedés Mindezek elkerülése végett a nyomócsonkot a szívócsonkkal, vagy nem mérgező gáz szállítása esetén az atmoszférával kötik össze Vegyipari- és áramlástechnikai gépek. 7. előadás

A szívóvezeték részleges lezárása esetén szabályozhatjuk a kompresszort. Egyszerű, de gazdaságtalan szabályozási mód. Vegyipari- és áramlástechnikai gépek. 7. előadás


4.

A szívószelep nyitvatartása Szelepemelő villával a szeleplapot megemeljük és emelve hagyjuk. Ekkor a szállítás nulla, mivel a beszívott gázt a kompresszor visszatolja a szívóvezetékbe. A szelepellenállás miatt a veszteség az üzemi teljesítménynek 1-1.5%-a.


Szelepülék: Finomszemcsés öv. ill. acél

Szeleplap: Cr-Ni-Mo Cr- Va

Kis tömegű legyen; marják, köszörülik



Többfokozatú gép szívószelepeit egyidejűleg ki kell támasztani Mivel a kitámasztás megszüntetésével a terhelés hirtelen nő, ezért az automatika a kitámasztást nem egyszerre, hanem egymás után szünteti meg Kitámasztható lenne a nyomószelep is; ez azért nem terjedt el, mert a szelepnek, a vezetéknek nagyobb az ellenállása a nagyobb sűrűség miatt A villát legtöbbször membránnal mozgatják


5.

Pótkárostér beiktatása


A pótkárostér hatásának bemutatása az indikátordiagramban


n o

p v V = p sz V V

(V

o

n o

+V

)

' n o

' 4

p (V

n 4

V = V

V =V4

v

n 4 'n 4

o

+V

)

' n o

= p sz V

'n 4

Vo = V4 ' ' V o +V o V 4

V o +V Vo

' o

 V o'  = V 4 1 +   Vo


Vegyipari és áramlástechnikai gépek. 7. előadás

Recommend Documents