Индикаторная диаграмма, среднее индикаторное давление, мощность и кпд Способы регулирования производительности поршневых насосов и компрессоров, их сравнительная оценка

Схема насоса с поршнем одностороннего действия и его теоретическая диаграмма давлений, называется индикаторной. При движении поршня вправо полость цилиндра со стороны клапанной коробки увеличивается и заполняется жидкостью, при этом давление в клапанной коробке меньше атмосферного, что объясняется гидравлическим сопротивлением всасывающего тракта, расположением поверхности всасываемой жидкости ниже оси цилиндра и низким давлением над этой поверхностью.

Изменение давления на протяжении всего хода поршня направо изобразится линией всасывания 4-1. В точке 1 поршень изменяет направление движения на обратное и всасывающий клапан автоматически закрывается, в клапанной коробке происходит резкое повышение давления до давления подачи Р₂ это процесс 1-2. Клапан открывается. При равномерном движении поршня от точки 2 влево происходит подача жидкости при Р₂=const. В крайнем левом положении поршень снова меняет направление движения. При этом давление в клапанной коробке резко падает по линии 3-4. Напорный клапан К₂ закрывается, а всасывающий клапан открывается. Диаграмма давлений замыкается.

Действительная индикаторная диаграммаотличается от теоретической в основном наличием колебаний давлений в начале всасывания и подачи. Действительные индикаторные диаграммы снимают с насосов при помощи индикаторов.

Теоретическая Действительная

Схема компрессора и его индикаторная диаграмма. Двигаясь от правого до левого крайних положений, поршень сжимает газ. Всасывающий клапан закрыт в течение всего процесса сжатия, на диаграмме 1-2, а процесс подачи газа линией 2-3. Линия 2-3 теоретически является изобарой. В начале хода поршня вправо нагнетательный канал закроется, и остаток газа в мёртвом пространстве будет расширяться по линии 3-4.Процесс всасывания представляется изобарой 4-1. Полученная замкнутая фигура 1-2-3-4-1 является теоретической индикаторной диаграммой компрессора. Действительная индикаторная диаграмма отличается от теоретической в основном в линиях всасывания и подачи.

Мощность компрессора

где

N_из – мощность изотермическая, кВт;

η_из – изотермный кпд, зависит от охлаждения компрессора, η_из;

η_м – механический кпд, учитывающий расход энергии на преодоление механического

трения и привод вспомогательных механизмов, η_из.

Регулирование подачи:

1.изменением длины хода поршня и применяют в малых поршневых насосах с кривошипно-шатунным приводом.

2.изменение частоты вращения электродвигателя (основной способ). Задачей регулирования заключается в таком воздействии на компрессор, которое выравнивает подачу его с расходом газа потребителями. Изменение частоты вращения вала компрессора экономично в эксплуатации.

3.дросселирование подачи, но энергетическая эффективность не высока. Изменение мёртвого пространства - этот способ очень экономичен и получил распространение в компрессорах большой мощности.

№8

Типы, назначение и области применения тепловых двигателей. Принцип работы и основные конструктивные элементы турбомашин. Стандартные параметры пара. Классификация и маркировка стационарных паровых турбин

Типы тепловых двигателей

1.Паровая машина

Имеет поршневую конструкцию и выброс пара в атмосферу, а также низкий кпд.

Совершаемая паром при его расширении работа передаётся поршню 1, скользящему в цилиндре 2, и от поршня через шток 3 – шатунно-кривошипному механизму, который преобразует прямолинейное движение поршня во вращательное движение вала машины.

2. Паротурбинные установки (ПТУ)

Преобразование тепловой энергии в механическую работу основано на цикле Ренкина.

Н_а- удельная располагаемая работа турбины, кДж/кг;

ℓ_t – теоретическая работа турбины, кДж/кг, ℓ_t= Н_а = h₀- h₁:

Тепло отводимое при конденсации отработавшего пара q₂ = h₁- h₂;

Теоретическая работа конденсатного насоса ℓ_tн = h₃- h₂;

Тепло, подведённое с рабочим телом в турбине q₁ = h₀- h₃.

3. Газотурбинные установки (ГТУ)

1 – забор воздуха;

2 – компрессор;

3- топливо;

4- камера сгорания;

5 – газовая турбина;

6 – выхлоп отработавших газов;

7 – генератор.

4. Комбинированные парогазовые установки (ПГУ)

Установки, в которых комбинируются циклы паровых и газовых турбин. Существуют:

- со сбросом газов в котёл;

- с высоконапорным парогенератором;

- на парогазовой смеси.

5. ДВС

6. Реактивные двигатели

Механическая энергия передаётся за счёт выбрасывания газов из сопла.

7. Магнитодинамические генераторы

Сжатый в компрессоре воздух, подогретый до 1000 – 1300 ⁰С, поступает в камеру сгорания. Образовавшиеся продукты сгорания с температурой 2500 – 2700 ⁰С становятся ионизированными (из за диссоциации). Далее газ движется в канале со скоростью 700 м/с. В магнитном поле между магнитами частицы отклоняются и попадают на электроды: в цепи течёт постоянный ток. Газы выходящие из канала подогревают воздух и вырабатывают пар для паровых турбин.

Сфера применения.

- паротурбинные двигатели для выработки тепловой и электрической энергии – 95%;

- газотурбинные двигатели – на газотурбинных и парогазовых ТЭС – 4 – 5%, ПТД и ГТД применяются для привода крупных механизмов (вентиляторы, воздуходувки), для утилизации теплоты отходов производства;

- транспорт ДВС и ГТД - военная техника; ДВС – тепловоза; ГТД – авиация.

Принцип работы

Осевые турбомашины- это тепловые двигатели, в которых тепловая энергия пара или газа, имеющих высокие давления и температуру преобразуется в механическую энергию, вращающую ротор. Это преобразование происходит в ряде ступеней, каждая из которых состоит из двух конструктивных элементов - это неподвижная сопловая решетка, образованная профилями (кольцами), закрепленными в специальной диафрагме и вращающееся вместе с паром рабочие лопатки, которые закрепляют по окружности дисков связанных с валом турбины.

Между сопловыми решетками образуются сопловые каналы, которые служат для ускорения движения пара (тепловая энергия переходит в кинетическую), рабочие лопатки образуют рабочие каналы для прохода рабочего тела и передачи движения на вал за счет его торможения, а иногда и дополнительно расширения. Если преобразование потенциальной энергии пара или газа в кинетическую происходит преимущественно в сопловых решетках, то соответствующая ступень турбины называется активной, если такое преобразование происходит как в сопловых, так и в рабочих решетках, то такая ступень называется реактивной ступенью p=h_ос /h_о . Степень реакции (Р)- отношение располагаемого теплоперепада на сопловой решетке (h_ос) на суммарный располагаемый теплоперепад на ступени (h_о).

Современные тепловые турбины состоят преимущественно из активных ступеней и называются активными ρ =0,02-0,1. Последние несколько ступеней имеют длинные лопатки у них веерность θ>0,1; θ=1/d∙ℓ; ℓ- высота лопатки, d-средний диаметр ступени.

Для последней ступени ρ >0,3 (до 0,6). Активные турбины имеют дисковую конструкцию ротора. Реактивные ступени ρ >0.4 (до 0.6), лопатки ввариваются в ротор.

Классификация стационарных паровых турбин:

1 )по цели использования:

а) энергетические турбины, которые служат для привода электрогенератора;

б) промышленные турбины для обеспечения паром различных процессов, а также для приводов крупных механизмов на не энергетических предприятиях (компрессоры, паровые молоты) параллельно выдают электрическую энергию в местную сеть;

в) вспомогательные турбины предназначены для обеспечения технологического процесса, для производства электроэнергии на ТЭС (привод питательного насоса и т.д.).