cw3.pdf
(
1465 KB
)
Pobierz
3. BADAIE WYDAJOŚCI SPRĘŻARKI TŁOKOWEJ
1.Wprowadzenie
Sprężarka jest podstawowym przykładem otwartego układu termodynamicznego.
Jej zadaniem jest między innymi podwyższenie ciśnienia gazu w celu:
•
uzyskanie czynnika napędowego do urządzeń o napędzie pneumatycznym,
•
podwyższenie temperatury czynnika obiegowego w ziębiarkach i pompach ciepła,
•
zwiększenie gęstości dla ułatwienia transportu.
1.1
Schemat sprężarki tłokowej:
RYS. 1
Zadanie: Korzystając ze schematu przeanalizować jak działa sprężarka ?
1.2. Przestrzeń szkodliwa V
sz
:
Ze względów konstrukcyjnych oraz ze względu na bezpieczeństwo tłok sprężarki w lewym
martwym punkcie (rys. 1) nie dochodzi do głowicy cylindra, w której znajdują się zawory.
Przestrzeń cylindra V
sz
zawarta pomiędzy głowicą a tłokiem w lewym skrajnym położeniu
nosi nazwę przestrzeni szkodliwej.
Termin ten sugeruje, że sprężarka z przestrzenią szkodliwą ma mniejszą wydajność od
sprężarki dla której V
sz
= 0 przy tej samej częstości obrotów i objętości skokowej V
s
.
Przyczyna obniżenia wydajności jest następująca:
•
po zakończeniu wytłaczania w objętości V
sz
pozostaje pewna ilość czynnika o ciśnieniu
p
t
> p
s
(p
s
, p
t
– ciśnienia odpowiednio ssania i tłoczenia),
•
przy wstecznym ruchu tłoka nie będzie zasysania świeżej porcji czynnika zanim ciśnienie
nie spadnie do p ≤ p
s
dopiero wtedy może otworzyć się automatyczny zawór ssący.
W rezultacie tylko część skoku tłoka jest wykorzystana do napełniania.
1. 3. Pozytywne wykorzystanie przestrzeni szkodliwej
Opisany w p. 1.2 efekt może być (i jest) użyty do regulacji wydajności sprężarki tłokowej
napędzanej silnikiem. elektrycznym o niezmiennej prędkości obrotowej.
2. Sprężarka wzorcowa
2.1 Założenia dla sprężarki wzorcowej
Jest to sprężarka w której:
•
nie ma tarcia w parze tłok cylinder,
•
zawory nie tworzą tzw. miejscowego oporu hydraulicznego przy przepływie czynnika,
•
sprężanie czynnika ma charakter politropowy tzn. odbywa się według równania :
idem
pV
m
=
Jeżeli dodatkowo V
sz
= 0 i sprężanie jest izotermiczne lub adiabatyczne to wzorzec jest tzw.
sprężarką idealną.
W przypadku sprężania politropowego i V
sz
> 0 mówi się o sprężarce półidealnej.
Wzorce (modele) służą do oceny termodynamicznej stopnia doskonałości rzeczywistych
sprężarek tłokowych.
2.2
Wykres indykatorowy
Wykres indykatorowy to graficzne przedstawienie przebiegu ciśnienia gazu w cylindrze
sprężarki w zależności od położenia tłoka lub chwilowej wartości całkowitej objętości gazu.
Wykres taki dla sprężarki idealnej przedstawiono na rys. 2,dla półidealnej (nazywanej
również wzorcową) – na rys. 3 a dla rzeczywistej – na rys. 4.
Rys. 2 Wykres indykatorowy sprężarki idealnej: p
t
, p
s
– ciśnienia tłoczenia i ssania
V
s
V
sz
Rys. 3 Wykres indykatorowy sprężarki półidealnej
V
sz
Rys. 4 Wykres indykatorowy sprężarki rzeczywistej
2.3
Sprawność wolumetryczna
Zmniejszenie wydajności sprężarki wywołane przestrzenią szkodliwą ujmuje się za pomocą
wskaźnika zwanego sprawnością wolumetryczną Η
v
.
Dla sprężarki idealnej Η
v
= 1; dla sprężarki półidealnej: (patrz wykres indykatorowy rys. 3)
V
1
−
V
4
Η
=
v
V
s
Dla sprężarki rzeczywistej:
a
Η
=
v
V
s
„a” należy wyznaczyć korzystając z wykresu uzyskanego doświadczalnie.
3. apełnianie zbiornika
Czas napełniania (powietrzem) zbiornika o objętości V
z
od ciśnienia otoczenia p
o
do ciśnienia
p
k
zależy od objętości skokowej sprężarki V
s
i objętości przestrzeni szkodliwej V
sz
.
Podczas napełniania ciśnienie w zbiorniku zmienia się wraz ze zmianą liczby cykli i
ki
.
Wartość „i
ki
” związana jest z czasem pracy sprężarki „τ
ki
” i jej prędkością obrotową „n”
(obr/min) wzorem:
n
⋅
Τ
i
=
ki
(3.4)
ki
60
4. Opis doświadczenia
Rys. 2. Agregat sprężarkowy jako stanowisko pomiarowe
Dla każdej zadanej objętości szkodliwej V
szi
, począwszy od najmniejszej (konstrukcyjnej)
należy:
•
wyrównać ciśnienie w zbiorniku z ciśnieniem otoczenia p
o
,
•
włączyć sprężarkę i uruchomić jednocześnie pomiar czasu,
•
rejestrować czasy τ
ki
osiągania charakterystycznych wartości nadciśnień p
ki
(np. co
0,05 MPa do 0,2 MPa) powietrza w zbiorniku.
Wyniki zamieścić w tabeli.
4.1 Wyznaczenie zależności średniej wydajności „m*
śr
” sprężarki w funkcji objętości
szkodliwej – opracowanie wyników:
obliczyć ilość m
i
powietrza zgromadzonego w zbiorniku po osiągnięciu ciśnienia p
ki
ze
wzorów:
p
ki
= p
o
+ p
ki
p
ki
V
z
= m
ki
R T
o
(3.7)
p
o
V
z
= m
o
R T
o
(3.8)
m
i
= m
ki
– m
o
(3.9)
obliczyć m*
śr
dla każdego punktu pomiarowego:
m
∗
m
=
i
(3.10)
śri
Τ
ki
wyniki przeliczeń zamieścić w tabeli oraz przedstawić, w układzie współrzędnych
(V
sz
, m*
śr
), wyznaczonych doświadczalnie funkcji m*
śr
= f (V
sz
) (cztery przebiegi – dla p
ki
=
0,05 MPa; 0,10 MPa; 0,15 MPa i 0,20 MPa.
sformułować wniosek dotyczący wpływu objętości szkodliwej i ciśnienia końcowego
sprężania na wydajność sprężarki.
Wzór tabeli:
3. BADAIE WYDAJOŚCI SPRĘŻARKI TŁOKOWEJ
data: ........................... grupa: .........................................
p
o
= .................hPa t
o
= .............˚C T
o
= .................K φ= ...............%
V
s
= 107 cm
3
V
z
= 100 000 cm
3
n = 1200 obr/min
V
sz1
= 30 cm
3
p
ki
, MPa
0,05
0,10
0,15
0,20
τ
ki
, s
i
ki
p
ki
, MPa
m*
śri
, kg/s
V
sz2
= 60 cm
3
p
ki
, MPa
0,05
0,10
0,15
0,20
τ
ki
, s
i
ki
p
ki
, MPa
m*
śri
, kg/s
V
sz3
= 90 cm
3
p
ki
, MPa
0,05
0,10
0,15
0,20
τ
ki
, s
i
ki
p
ki
, MPa
m*
śri
, kg/s
Plik z chomika:
suchdmg
Inne pliki z tego folderu:
cw1.pdf
(122 KB)
cw2.pdf
(868 KB)
cw3.pdf
(1465 KB)
cw4.pdf
(551 KB)
cw5.pdf
(84 KB)
Inne foldery tego chomika:
Ćwiczenia
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin