Коэффициент сжатия воздуха

Сжатый воздух — АПС Инжиниринг

Коэффициент сжатия воздуха

Сжатый воздух — это воздух, находящийся  под  давлением, превышающим атмосферное давление.

Сжатый воздух является уникальным энергоносителем наряду с электроэнергией, природным газом и водой. В производственных условиях сжатый воздух, в основном, используется для привода в действие устройств и механизмов с пневматическим приводом (пневмопривод).

В повседневной, обыденной жизни мы практически не замечаем окружающий нас Воздух.

Тем не менее, на протяжении всей истории человечества, люди использовали уникальные свойства воздуха.

Изобретение паруса и кузнечного горна, ветряной мельницы и воздушного шара стали первыми  шагами использования воздуха в  качестве энергоносителя. 

С изобретением компрессора настала эпоха индустриального использования сжатого воздуха. И вопрос: «что же представляет собой Воздух, и какими свойствами он обладает?» — стал далеко не праздным.

Приступая  к проектированию новой пневмосистемы или  модернизации уже существующей, нелишне будет вспомнить и о некоторых свойствах воздуха, терминах и единицах измерения.

 Воздух это смесь газов, главным образом состоящая из азота и кислорода.

Состав воздуха
Элемент* Обозначение По объёму, % По массе, %
Азот N2 78,084 75,5
Кислород O2 20,9476 23,15
Аргон Ar 0,934 1,292
Углекислый газ CO2 0,0314 0,046
Неон Ne 0,001818 0,0014
Метан CH4 0,0002 0,000084
Гелий He 0,000524 0,000073
Криптон Kr 0,000114 0,003
Водород H2 0,00005 0,00008
Ксенон Xe 0,0000087 0,00004
Вода** H2O _ _       

Средняя относительная молярная масса -28,98 . 10-3 кг/моль

*Состав воздуха может меняться. Как правило, в промышленных зонах воздух содержит посторонние примеси.

** Воздух всегда содержит пары воды. Так, при температуре 0 °C 1 м³ воздуха может вмещать максимально около 5 граммов воды, а при температуре +10 °C — уже около 10 граммов.

давление воздуха 

Давление — это сила, действующая на единицу площади перпендикулярно к ней.

Всякое тело, находящееся в неподвижном воздухе, испытывает со стороны последнего давление, одинаковое со всех сторон.

Атмосферное давление объясняется тем, что воздух подобно всем другим веществам обладает весом и притягивается землей.

Атмосфернымдавлением (Ратм.), называется давление вызываемое весом вышележащих слоев воздуха и ударами его хаотически движущихся молекул.

За единицу давления принята техническая атмосфера (атм.) — давление, равное одному килограмму силы на один квадратный сантиметр (кгс/см2).

Давление обозначается буквой Р, на уровне моря —Р0.

Барометрическоедавление это давление, измеренное в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст). Обозначается буквой В, на уровне моря — В0.

Читайте также  ПДК ртути в воздухе рабочей зоны

Стандартным барометрическим давлением называется давление на уровне моря в мм рт. ст. Оно в зависимости от температуры и влажности колеблется от 700 до 800 мм рт. ст.

и в среднем равно 760 мм. рт. ст. В физике под барометрическим давлением 1 атм.

подразумевается давление воздуха, равное 1,0332 кгс/см2 или стандартному барометрическому давлению 760 мм рт. ст.

Избыточноедавление(Ризб.) или Давлениесжатоговоздуха — давление, превышающее атмосферное давление.

Давление сжатого воздуха можно считать также мерой запасённой в сплошной среде потенциальной энергии на единицу объёма.

В технических характеристиках пневматического оборудования, как правило, указывается именно избыточное давление (давление сжатого воздуха).

Рекомендованной единицей измерения давления, по  международной системе измерений (СИ), является Паскаль (Па). Внесистемная единица измерения давления — бар: 1 бар = 105Па = 0,1 Мпа

В технологии сжатия воздуха, рабочее давление является давлением сжатия и выражается в барах или  атмосферах (1 атм = 0,981 бар)

Ратм.= 1013 мбар = 1,01325 бар = 760 мм. ртутного столба = 101325 Па.

Абсолютное давление (Рабс.) — сумма атмосферного и избыточного давлений.

температура сжатого воздуха

Температура сжатого воздуха — величина, характеризующая степень теплового состояния тела (воздуха) или скорость хаотического движения молекул (чем выше температура, тем больше скорость их движения, и наоборот). Изменение объёма данной массы газа при постоянном давлении прямо пропорционально изменению температуры. (В процессе сжатия температура сжатого воздуха возрастает, с понижением давления температура сжатого воздуха понижается.)

По системе СИ, единица измерения температуры — градус Кельвина (°К). Соотношение градус Кельвина (°К ) с градусом Цельсия (°С):  (°K) = t(°C) + 273,15.

плотность воздуха 

Сжимаемость — свойство воздуха изменять свою плотность при изменении давления и температуры (для замкнутого объема).

Упругость— свойство воздуха возвращаться в исходное состояние после прекращения действия сил, вызвавших его деформацию (изменение объема при сжатии).

Плотностьвоздуха — количество воздуха содержащегося в 1 м3 объема.В физике существует понятие двух видов плотности — весовая (удельный вес) и массовая.

Весоваяплотность (удельный вес) воздуха — это вес воздуха в объеме 1 м3. Обозначается буквой g .

При стандартных атмосферных условиях по ISO 2533 (барометрическое давление 760 мм рт.ст.

, t = +15о С) весовая плотность (удельный вес) 1м3 объема воздуха равна g = 1,225 кгс/м3.

Массовая плотность воздуха — это масса воздуха в объеме 1 м3. Обозначается греческой буквой ρ. Масса воздуха равна его весу, деленному на ускорение свободного падения. При стандартных атмосферных условиях массовая плотность воздуха равна: 0,1250 кг с2/м4.

В данном разделе мы напомнили лишь о некоторых свойствах воздуха.

Читайте также  Жилой дом повышенной этажности

Следует заметить, что при использовании сжатого воздуха в качестве энергоносителя необходимо учитывать реальные термодинамические процессы, возникающие при сжатии атмосферного воздуха. От этого во многом зависит эффективность работы Вашей пневмосистемы.

По всем вопросам, связанным с производством и использованием сжатого воздуха Вы можете обращаться к специалистам «АПС-Инжиниринг». Мы всегда готовы поделиться своими знаниями и помочь Вам в решении «Воздушных» задач.

Источник: http://www.aps-e.ru/szhatiy-vozduch.html

Коэффициент полезного действия сжатия воздуха

Сжатиевоздуха в компрессоре происходит спотерями. Выше было сказано, что придвижении воздуха по компрес­сорунеизбежно возникают гидравлическиепотери, которые складываются из потерьна трение {профильные потери), наобразование вихрей и на перетеканиевоздуха.

Напреодоление сил трения приходитьсязатрачивать работу, этаработапреобразуется втеплои нагревает воздух.

Благодаря нагреванию воздуха за счет работытрения сжатие воздуха происходит пополитропе, а не по адиабате. Конечнаятемпература сжатия воздуха в действительномпроцессе, происходящем по политропе,больше, чем была бы при сжатии воздухабез подвода тепла (по адиабате).

Выше(пропущенов этой части текста)была подсчитана температура адиабатногосжатия воздуха для одного из существующихТРД, она равна Т2АД=437°, что составляет t= 164°, а действительная температуравоздуха и конце сжатия (для этого жеТРД) равна 208° С.

Еслибы процесс сжатия воздуха происходилбез потерь, тонасжатие 1 кгвоздуханужно было бы затратить меньшую работу,чем в действительности приходится еезатрачивать. Потери, происходящие присжатии воздуха, учитываются адиабатнымКПД сжатия воздуха, который определяетсяиз уравнения:

Где Т2АД– температура адиабатически сжатоговоздуха, Т2– температура действительного(политропически сжатого) воздуха, Т0– температура окружающего воздуха (навходе в компрессор).

Длясовременных осевых компрессоров(середина50-х)ηАД= 0,78- 0,88; а для центробежных компрессоровηАД= 0,75 — 0,82. Как видно из этих цифр, до 25%работы, потребляемой компрессором,расходуется им не на сжатие воздуха, ана преодоление потерь, возникающих присжатии воздуха.

ПодсчитаемКПД сжатия воздуха центробежногокомпрессора, если Т2АД= 437°, Т2= 480°и Т0= 273+ 15 = 288°:

Мощность, потребляемая компрессором

Компрессорпотребляет мощность, передаваемую емутурбиной, на сжатие и подачу воздуха,на преодоле­ние гидравлических потерьи потерь трения в подшип­никах.

Дляопределения мощности, потребляемойкомпрессором, необходимо знать секундныйрасход воздуха через компрес­сор,работу адиабатного сжатия (на одинкилограмм воз­духа) и адиабатныйкоэффициент полезного действия сжатиявоздуха в компрессоре.

Действительнаяработа, затрачиваемая на сжатие 1 кгвоздуха, будет:

(единицы измерениякак в оригинале, в системе СИ работаизмеряется в Джоулях (Дж)).

Действительнуюработу сжатия воздуха можно определить,пользуясь уравнением энергии потокагаза:

Мощность,потребляемая компрессором, определяетсяпо уравнению:

Мощность,потребляемая компрессорами современныхТРД, лежит в пределах 10000 — 50000 л.с.

Неустойчивая работа компрессора

Каждыйкомпрессор рассчитывается на сжатие иподачу определенного расчетногоколичества воздуха в секунду, прикоэффициент полезного действиякомпрессора наибольший, а потери вкомпрессоре наименьшие.

Рис. 19. Обтеканиерабочих лопаток ступени осевогокомпрессора

Приработе ступени осевого компрессора нарасчетном режиме направление скоростипотока входящего воздуха (скорость w1нарис.

6) совпадает с направлением входныхкромок рабочих лопаток; угол набеганияпотока на лопатки равен нулю (рис.

19,положение А),потокхорошо обтекает лопатки, и они создаютмалое лобовое сопротивление, при этомпотери энергии на вихреобразованиебудут наименьшие.

Читайте также  Чрезвычайные ситуации техногенного характера в России примеры

Когдачерез компрессор протекает меньшееили, наобо­рот, большее количествовоздуха по сравнению с расчетным, тотакие режимы работы компрессораназываются нера счетными режимами.

Так,если через компрессор протекаетколичество воздуха меньше расчетного,то осевая скорость движения воздухаcОСЕВуменьшается,треугольник скоростей на входеизме­няется, и при той же скоростивращения компрессора угол набеганияпотока воздуха δ увеличивается (рис.19, положение Б). В этом случае на большейчасти спинки лопатки поток воздухаотрывается и создается вихревая зона.Своим возникновением и присутствиемвихревая зона нарушает плавное течениевоздуха между лопатками. Воздушныйпо­ток на короткое время сдуваетвихревую зону, но она возни­кает вновь.Такое чередование возникновения исдувания вихревых зон за лопаткамивызывает пульсацию давления и скоростивоздушного потока, текущего за лопатками.Поток воздуха движется то быстрее, томедленнее, давление то повышается, топонижается.

Такимобразом, образование вихревых зон междулопат­ками компрессора вызываетизменение давления и скорости сжимаемоговоздушного потока, вызывает неустойчивуюработу ступени компрессора.

Такаянеустойчивая работа ступени осевогокомпрессора называется помпажем ступени.

Пульсирующийпоток воздуха из первых ступенейком­прессора поступает в последующиеступени и вызывает в них неустойчивую,неравномерную работу в,результатенаступает помпаж всего компрессора.

Рис. 20. Вихри впотоке воздуха

Подобнаяже картина течения воздушного потокапри (малых расходах воздуха получаетсяи в колосе центробежногoкомпрессора.

Если направление потокавоздуха на входевколесо не совпадает с направлениемзагиба кромок заборных лопаток, то потоквоздуха отрывается от лопаток образуютсявихревые зоны за каждой лопаткой (рис.20). вихревая зона вызывает круговойвихрь между лопатками колеса.

Круговойвихрь ускоряет течение воздуха у лопаткиАитормозит течение воздуха у лопатки Б.Врезультате в каналы диффузора входятструйки воздуха с разными скоростями.В каналах диффузора происходитпреобразование скорости в давление.

Так как скорости струек воздуха, входящихв соседние каналы диффузора, разные, тои давление воздуха в этих соседнихканалах также будет различно. В результатеиз центробежного компрессора будетвыходить поток воздуха, имеющийпеременные, колеблющиеся давле­ниеи скорость.

Дляустранения помпажа надо уменьшитьобразование вихревых зон в первыхступенях компрессора — уменьшить толнабегания δ. Это можно сделать, увеличиврасход воз-уха через компрессор илиповернув лопатки направляющего аппарататак,чтобыугол набегания потока воздуха δ уменьшилсядо нуля.

Дляустранения помпажа на некоторыхсовременных двигателях применяетсяперепуск воздуха из средних ступенейосевого компрессора в атмосферу (после3, 4 или 5-й ступени).

При этом увеличиваетсярасход воздуха через первые ступени,увеличивается осевая скорость воздуха,треугольник скоростей па входе вкомпрессор приближается к расчетномурис.

19, положение А), обтекание лопатокпроисходит без срыва потока, безобразования вихрей, в результате помпажпрекращается.

Управление перепускомвоздуха из компрессора (лентой перепуска)производит специальный автомат,включенный в топливную или воздушнуюсистему. Лента открывает окна в корпусекомпрессора, через которые воздухвыпускается в атмосферу.

Источник: https://StudFiles.net/preview/401146/page:6/

Понравилась статья? Поделить с друзьями: