Методичка web 2013 Лаборат
..pdfЛабораторная работа №2 ПОРШНЕВОЙ КОМПРЕССОР И ЕГО ИСПЫТАНИЯ
1.Цель и задачи работы
1.1.Изучить устройство и принцип действия компрессорной установки.
1.2.Исследовать зависимость производительности поршневого компрессора от давления в ресивере.
1.3.Провести индицирование поршневого компрессора, сделать анализ индикаторной диаграммы, определить показатель политропы сжатия и потребляемую мощность.
2.Оборудование, приборы и принадлежности
2.1.Компрессорная установка, модель 155-2.
2.2.Диафрагма для определения производительности компрессора.
2.3.Дифференциальный манометр, термометр, барометр.
2.4.Стробоскопический индикатор.
3.Порядок проведения работы
3.1.Ознакомиться с настоящим руководством и изучить правила техники безопасности при выполнении данной работы.
3.2.Изучить устройство и принцип действия стационарной компрессорной установки, модель 155-2.
3.3.Измерить производительность компрессора при разных давлениях в ресивере.
3.4.Снять индикаторную диаграмму с компрессора в ко-
ординатах и перестроить ее в координатах V.
21
3.5.По индикаторной диаграмме компрессора определить значение показателя политропы для процесса сжатия воздуха,
атакже мощность, потребную на привод компрессора.
3.6.Построить график зависимости объемного КПД компрессора от давления в ресивере и дать ему теоретическое объяснение.
3.7.Определить объѐмный КПД поршневого компрессора.
3.8.Составить отчет и приготовить ответы на контрольные вопросы.
4.Содержание работы
4.1.Устройство и принцип действия стационарной компрессорной установки модели 155-2.
Стационарная компрессорная установка модели 155-2
(Рис. 2) применяется в автомобильных гаражах и ремонтных мастерских.
Краткая техническая характеристика компрессорной установки, модель 155-2.
Компрессор воздушный, поршневого типа, двухцилиндровый,
двухступенчатый. |
|
Диаметр цилиндра низкого давления, мм |
101,5 |
Диаметр цилиндра высокого давления, мм |
52,0 |
Ход поршня, мм |
92,0 |
Частота вращения коленчатого вала, мин-1 |
1050,0 |
Производительность, м3/мин |
0,6 |
Рабочее давление, бар |
10,0 |
Объем ресивера, л |
150 |
22
Рис. 2. Стационарная компрессорная установка, модель 155-2.
Компрессор 1 с электромотором 2 устанавливается на резервуаре (ресивере) 3 (Рис. 2). Привод осуществляется от электромотора посредством двух клиновых ремней 4, огражденных кожухом 5. Натяжение ремней регулируется перемещением электромотора по плите 6.
Компрессор состоит из кривошипно-шатунного механизма, блока цилиндров 7, картера 8 с указателем уровня масла, головки блока 9 в сборе с клапанами, коллекторов 10 с холо-
23
дильником 11, предохранительного клапана 12 и пневморазгружателя 13.
Цилиндры низкого и высокого давления отлиты в одном чугунном блоке, установленном на чугунном картере. Наружная поверхность блока цилиндров снабжена ребрами для улучшения охлаждения.
В картере на двух радиально-сферических шариковых подшипниках установлен коленчатый вал с закрепленным на нем маховиком 14, через который осуществляется привод компрессора от электромотора.
Вращение коленчатого вала посредством шатунов преобразуется в возвратно-поступательное движение поршней. Поршень цилиндра низкого давления изготовлен из алюминиевого сплава, а поршень цилиндра высокого давления – из чугуна. Диаметр первого поршня почти в два раза больше диаметра второго. На каждом поршне установлено по три компрессионных и по одному маслосъемному кольцу.
Смазка деталей кривошипно-шатунного механизма компрессора осуществляется под давлением и разбрызгиванием. Система смазки состоит из следующих деталей: шестеренчатого масляного насоса; фильтра-заборника; сбрасывающего клапана; магнитной сливной пробки; указателя уровня масла; пробки 15 для заливки масла в картер; масляных магистралей, выполненных в картере, насосе и в коленчатом валу компрессора.
Под давлением смазываются только шатунные подшипники, остальные детали смазываются разбрызгиванием. Для поддержания постоянного давления в нагнетательной масляной магистрали установлен сбрасывающий клапан, который регулируется на давление 3105 – 4 105 Па.
Распределение воздуха осуществляется двумя впускными и двумя нагнетательными клапанами, размещенными в головке блока. Все клапаны пластинчатого типа, толщиной 0,2 мм,
24
изготовлены из жароупорной стали, обладающей большой ударной вязкостью.
Для сглаживания пульсаций сжатого воздуха при перепускании его из цилиндра низкого давления в цилиндр высокого давления служат коллекторы. Коллекторы представляют собой емкости, в днищах которых выполнены отверстия с резьбой для спуска конденсата, закрытые пробками. Холодильник служит для охлаждения воздуха между ступенями, и участвует в сглаживании пульсаций.
Наружная поверхность коллекторов имеет ребра для увеличения площади теплоотдачи. В верхнее отверстие коллектора цилиндра низкого давления ввернут предохранительный клапан 12. Клапан отрегулирован на давление 4,5105 Па и в случае неисправности клапанов цилиндра высокого давления выпускает воздух в атмосферу. В верхнее отверстие коллектора цилиндра высокого давления ввернут пневморазгружатель 13. Оба коллектора соединены между собой холодильником, изготовленным из трубы в виде спирали.
Воздушное охлаждение компрессора осуществляется с помощью маховика, спицам которого придана форма лопастей вентилятора. Лопасти маховика направляют охлаждающий воздух на холодильник, ребра коллекторов, блок цилиндров и головку блока, что обеспечивает нужный отвод теплоты.
Принцип работы компрессора следующий: в цилиндре низкого давления при движении поршня вниз создается разрежение, вследствие чего открываются впускные клапаны, и воздух из атмосферы поступает в цилиндр. При движении поршня вверх воздух в цилиндре низкого давления сжимается до 4 105 Па, открывает нагнетательный клапан и поступает в коллектор, холодильник и второй коллектор.
Так как кривошипы коленчатого вала развернуты относительно друг друга под углом 180о, то нагнетание воздуха из цилиндра низкого давления происходит одновременно с впуском его в цилиндр высокого давления.
25
В цилиндре высокого давления воздух сжимается до 106 Па и поступает в резервуар через обратный клапан 16.
Резервуар 3 представляет собой цилиндр с двумя выпуклыми днищами. В него поступает сжатый воздух из цилиндра высокого давления. Резервуар устанавливается на фундамент или подставку с помощью четырех приваренных к нему опор 17. В верхней части резервуара установлены манометр 18, автоматический выключатель 19, предохранительный клапан 20, отрегулированный на давление 106 Па. Для спуска конденсата и масла внизу предусмотрен автоматический влагомаслоудалитель.
|
Автоматический выключатель служит для остановки ком- |
|
прессора, когда |
давление в резервуаре будет превышать |
|
106 |
Па, и пуска, |
когда давление в резервуаре понизится до |
7,5 |
105 Па. |
|
4.2. Определение производительности поршневого компрессора.
Для определения производительности компрессора на входе используется дроссельный расходомер (нормальная диафрагма или дроссельный клапан). Диаграмма на лабораторной установке имеет диаметр трубопровода Д = 50,8 мм и диаметр отверстия в шайбе d = 22 мм.
Расчетная зависимость между расходом и перепадом давлений в диафрагме выражается следующей формулой:
G c d 2 g |
|
2 r2 |
P |
, |
(21) |
||
r2 |
|
1 |
|||||
|
|
|
|
где – коэффициент;
с– коэффициент, учитывающий сжимаемость газа при истечении;
d – диаметр отверстия в диафрагме; g – ускорение свободного падения;
26
– плотность воздуха перед диафрагмой;
r = Д2 /d2 – отношение площади отверстия трубы к площади отверстия в диафрагме;
P – перепад давления, создаваемый диафрагмой (показания дифференциального манометра).
Р hg ( ср ), |
(22) |
где h – показание дифференциального манометра, м;
ρ´ – плотность рабочей жидкости в дифференциальном манометре, кг/м3;
ρср – плотность среды в дифференциальном манометре над рабочей жидкостью, кг/м3.
Для выбранной диафрагмы постоянные величины можно объединить в один коэффициент соответствия, который для данной установки имеет значение 0,00095.
В связи с этим формула для определения массового расхода воздуха (кг/с) принимает вид:
|
|
|
|
G 0,00095 |
h , |
(23) |
где h – показания дифференциального манометра, мм вод. ст;
– плотность воздуха, поступающего в установку, кг/м3, которая подсчитывается по формуле:
|
Рвх |
|
Рвх |
|
, |
(24) |
RT |
273 t |
287 |
||||
|
|
|
в |
|
|
|
где tв – температура окружающего воздуха, °С;
R – газовая постоянная воздуха, равная 287 Дж/(кг К);
Рвх – давление воздуха за диафрагмой на входе в компрессор, Па.
Давление воздуха за диафрагмой определяется из уравне-
ния: |
|
Рвх = Рб – 9,81 h |
(25) |
27 |
|
где Рб – барометрическое давление окружающей среды, Па;h – разрежение во впускном патрубке за диафрагмой, из-
меренное дифференциальным манометром, мм вод.ст. Объѐмный расход воздуха (м3/с), определяется выражени-
ем: |
|
V = G/ . |
(26) |
4.3. Построение развернутой индикаторной диаграммы компрессора
Развернутая индикаторная диаграмма (действительный цикл компрессора) строится в координатах Р – непосредственно по результатам индицирования компрессора (Табл. 4). Расположение осей координат показано на рисунке 3.
Рис. 3. Развернутая индикаторная диаграмма компрессора.
При нанесении точек на диаграмму откладываются абсолютные значения давлений, поэтому к значениям давления в цилиндре, приведенным в таблице 4, следует прибавлять атмосферное давление.
28
После нанесения всех точек, перед тем как обводить их сплошной линией, следует исправить искажение, вызванное особенностью работы индикатора, применяемого в настоящей работе. Точки диаграммы, лежащие на линии снижения давления от максимального до минимального, надо сместить на 15 градусов в сторону меньших углов поворота коленчатого вала. Линию диаграммы провести через новые точки.
4.4. Построение свернутой индикаторной диаграммы
Свернутая индикаторная диаграмма изображается в координатах P – V путем перестроения ее из координат Р – (Рис. 4).
Рис. 4. Свернутая индикаторная диаграмма компрессора.
Для нанесения точек диаграммы в координатах P – V значения давлений для них берутся из графика в координатах Р – (Рис. 3), а значения объѐма из таблицы 4 против значений угла поворота коленчатого вала, соответствующего каж-
29
дой точке графика в координатах Р – . После нанесения всех точек они обводятся сплошной линией.
На построенной индикаторной диаграмме наносятся характерные точки цикла компрессора, разделяющие отдельные процессы, составляющие цикл. Но так как в реальном компрессоре процессы сменяются плавно, то эти точки наносятся в известной степени условно. Так в координатах P – V первой обозначается крайняя правая точка диаграммы, второй обозначается точка перегиба линии сжатия (соответствует открытию выпускного клапана), третьей – крайняя левая точка диаграммы (закрытие выпускного клапана) и четвертой – точка пересечения кривой расширения с изобарой атмосферного давления (открытие впускного клапана).
На развернутую индикаторную диаграмму (координаты Р – ) характерные точки переносятся из графика в координатах P – V в порядке, обратном описанному выше.
4.5. Определение параметров цикла компрессора
К параметрам цикла поршневого компрессора относятся: степень повышения давления и показатель политропы сжатия n.
Степень повышения давления одной ступени рассчитывается по формуле:
|
z |
Рр |
, |
(27) |
Рвх |
||||
|
|
|
|
где z – число ступеней компрессора; Рр – давление в ресивере; Рвх – давление за диафрагмой.
Единицы измерения давлений могут быть любые, но одинаковые для обоих значений.
30