Praca kontrolna z maszynoznawstwa.

xxx sem VI TM

Sprężarki

A) Maszyny sprężające objętościowe.

Maszyny tłokowe stosowane jako sprężarki pozwalają na uzyskiwanie dużych wartości sprężu przy stosunkowo małej wydajności.

Sprężarka tłokowa (rys. 4.20) składa się z cylindra 8 zamkniętego głowicą 6 oraz tłoka 7 i układu korbowego o konstrukcji analogicznej jak w silnikach spalinowych tłokowych. Wał korbowy 10 jest napędzany przez silnik.

Rys. 4.20. Jednostopniowa sprężarka tłokowa

1 — filtr powietrza, 2 — króciec ssawny, 3 — zawór ssawny, 4 — zawór tłoczny, 5 — króciec tłoczny, 6 — gł wica, 7 — tłok, 8 — cylinder, 9 — płetwa rozbryzgują1 olej, 10 — wał korbowy

Rys. 4.21. Płytkowy zawór zwrotny

1 — płyta wlotowa, 2 — płyta zamykająca, 3 — tuleja wylotowa, 4 — sprężyna, 5 — obudowa zaworu

Napełnianie i tłoczenie czynnika odbywa się przez umieszczone w głowicy zawory zwrotne 3 i 4 sterowane automatycznie różnicą ciśnień. Budowę zaworu przedstawiono na rys. 4.21. Otwory w płycie wlotowej 1 są zamykane szczelnie przylegającą powierzchnią czołową płyty zamykającej 2 dociskanej sprężyną 4.

Otwarcie zaworu następuje wówczas, gdy różnica ciśnień po stronie wlotowej i wylotowej wywoła na płycie zamykającej siłę powodującą ugięcie sprężyny.

Wartość maksymalna sprężu w sprężarce tłokowej jest ograniczona głównie względami konstrukcyjnymi. Między tłokiem w jego górnym położeniu martwym a ścianami cylindra i głowicy jest niemożliwe uzyskanie dowolnie małej objętości (objętości szkodliwej). Istnienie objętości szkodliwej oraz trudność odpowiednio szybkiego odprowadzenia ciepła powstającego wskutek sprężania czynnika ograniczają praktycznie spręż do wartości λ≤ 6

W celu uzyskania dużych ciśnień sprężonego czynnika stosuje się sprężarki wielostopniowe. Spręż końcowy sprężarki wielostopniowej wynosi λ= λ₁ λ₂÷ λ_n gdzie λ₁÷ λ_n oznaczają

spręże poszczególnych stopni. Wzrost temperatury sprężanego gazu powoduje straty energii oraz zmniejszenie wydajności sprężarki. Z tych powodów w sprężarkach wielostopniowych stosuje się zwykle międzystopniowe chłodzenie sprężonego gazu.

Sprężarki tłokowe wielostopniowe są budowane jako wielocylindrowe ze wspólnym wałem korbowym i oddzielnymi korbowodami lub z jednym kor­bowodem i tłokiem wielostopniowym, pracującym w cylindrze o kilku średnicach otworów (rys. 4.22). Ponieważ objętość gazu sprężonego jest mniejsza niż nie sprężonego, przestrzeń sprężania każdego następnego stopnia musi być odpowiednio mniejsza niż poprzedniego.

Rys. 4.22. Sprężarka tłokowa dwustopniowa

1 – przestrzeń sprężania pierwszego stopnia, 2 – prze­strzeń sprężania drugiego stopnia, 3 – chłodnica mię­dzystopniowa

Trące się części sprężarek tłokowych wymagają smarowania. W małych prostych sprężarkach najczęściej jest stosowane smarowanie rozbryzgowe olejem znajdującym się w skrzyni korbowej, rozbryzgiwanym na powierzchnię wewnętrzną cylindra oraz łożyska układu korbowego przez przeciwciężary umieszczone na wale korbowym lub specjalną płetwę umieszczoną w dole korbowodu. W dużych sprężarkach jest stosowane smarowanie pod ciśnieniem. Aby zwiększyć trwałość oraz uzyskiwać czyste powietrze sprężone, sprężarki napełnia się przez filtr zatrzymujący pyły.

Maszyny rotacyjne, stosowane jako sprężarki i dmuchawy, zawierają między obudową a wirującymi elementami sprężającymi kilka komór, które przy napełnianiu zwiększają, a przy tłoczeniu zmniejszają swoją objętość. Na rysunku 4.23 przedstawiono budowę sprężarki rotacyjnej łopatkowej. W walcowej komorze jest umieszczony

Rys. 4.23. Maszyna sprężająca rotacyjna łopa­tkowa

1 – obudowa, 2 – wirnik, 3 – łopatka

mimośrodowo łożyskowany walcowy wirnik 2 ze szczelinami, w których są przesuwnie prowadzone łopatki 3 przylegające szczelnie do powierzchni wewnętrznej komory. Podczas obrotu wirnika, po stronie wlotowej gaz wypełnia powiększające się przestrzenie między łopatkami, a po stronie wylotowej jest wypychany ze zmniejszających się przestrzeni..

Sprężarka pokazana na rys. 4.24 zawiera w owalnej komorze dwa wirujące tłoki, które tworzą parę kół zębatych (dwuzębnych) o specjalnie dobranych kształtach. Tłoki te ze względu na małą liczbę zębów nie mogą poprawnie współpracować, są więc sprzęgnięte parą kół o większych liczbach zębów tak, że podczas pracy między ich powierzchniami jest utrzymywana stała, niewielka szczelina. Przestrzeń między tłokami zwiększa się podczas napełniania, a zmniejsza podczas tłoczenia.

Rys. 4.24. Maszyna sprężająca rotacyjna z wi­rującymi tłokami

B) Maszyny sprężające przepływowe

Maszyny sprężające przepływowe, stosowane jako sprężarki, dmuchawy i wentylatory, dzieli się zależnie od kierunku ruchu cząsteczek gazu na:

● osiowe o kierunku przepływu równoległym do osi obrotu wirnika (rys.4.25);

● czypromieniowe o przepływie w płaszczyźnie prostpadłej do osi (rys. 4.26);

● skośne (diagonalne) o przepływie względem osi pod kątem różnym od 0 i od л/2.

Cząsteczki gazu są rozpędzane przez łopatki wirnika, do których są doprowadzane bezpośrednio z wlotu lub przez nieruchome łopatki kierownicy wstępnej. Wyprowadzane są bezpośrednio lub przez łopatki kierownicy zawirnikowej. W prostych, jednostopniowych maszynach sprężających często nie stosuje się kierownic. Przykładem prostej maszyny osiowej jest wentylator ścienno-stropowy, używany do wentylacji pomieszczeń, a maszyny promieniowej — odkurzacz. Wielostopniową sprężarkę osiową przedstawiono na rys. 4.27. Składa się ona z kilku — umieszczonych w obudowie —

Rys. 4.25. Maszyna sprężająca przepływowa osiowa: a) widok w płaszczyźnie osiowej; b) rozwinięcie wieńców wirnika i kierownicy

1 - wirnik, 2 - kierownica zawirnikowa, 3 - dyfuzor

Rys. 4.26. Maszyna sprężająca przepływowa promieniowa

Rys. 4.27. Wielostopniowa sprężarka osiowa

obracających się wieńców wirnika i nieru­chomych kierownic o łopatkach ukształtowanych wg rys. 4.25. Kierownica zawirnikowa jednego stopnia jest wstępną następnego. Przekroje kolejnych wieńców płaszczyznami prostopadłymi do osi są coraz mniejsze, ponieważ maleje objętość przepływającego sprężonego gazu.

Wydajność maszyn rotacyjnych i przepływowych (a dla przepływowych również spręż) zależy od prędkości obrotowej wirnika. Prędkość obrotowa jest ograniczona wytrzymałością elementów ruchomych, na które działają siły bezwładności.

Moc potrzebna do sprężania gazu

W maszynach sprężających część energii jest tracona wskutek nagrzewania się sprężonego gazu (rozpraszana podczas chłodzenia). Te straty energii ujmuje współczynnik sprawności termody­namicznej η_t = 0,3 ÷ 0,9 zależny od konstrukcji maszyny. Część energii jest tracona w wyniku tarcia elementów sprężarki, napędu pompy olejowej, sprawności przekładni itp. Straty te ujmuje współczynnik sprawności mechanicznej η_m = 0,8 ÷ 0,95.

Moc znamionowa silnika napędowego sprężarki

Rys. 4.29. Opory przepływu w różnych urzą­dzeniach

1– w przewodzie z przepływem burzliwym, 2– w prze­wodzie z przepływem laminarnym, 3 – przez warstwę cieczy o stałej wysokości

Rys. 4.30. Wyznaczanie punktu pracy maszyny sprężającej przy współpracy z urządzeniem

1 – charakterystyka maszyny, 2 – charakterystyka urządzenia

Dobierając doświadczalnie silnik do napędu maszyny sprężającej o nieznanych parametrach, pobór mocy należy mierzyć w warunkach odpowiadających warunkom pracy. Jak wynika z zależności (4.2), pobór mocy jest tym większy, im wyższe jest ciśnienie gazu zasysanego p₁ i większa wartość sprężu , tak więc zwiększenie oporów przepływu po stronie wlotowej powoduje zmniejszenie poboru mocy, gdyż zmniejsza ciśnienie p_l, a zwiększenie oporów przepływu po stronie wylotowej zwiększa pobór mocy, ponieważ zwiększa spręż λ.

Charakterystykami maszyny sprężającej nazywa się zależność spiętrzenia Δp, mocy N i sprawności η od wydajności V (rys. 4.28). Jeżeli maszyna sprężająca zasila urządzenie (np. rurociąg), w którym opory przepływu Δp zależą od wydajności V jak przedstawia to charakterystyka urządzenia (rys. 4.29), to parametry pracy określa punkt pracy wyznaczony przecięciem się obu charakterystyk (rys. 4.30). Dobierając silnik do napędu maszyny sprężającej, należy brać pod uwagę jej sprawność i pobór mocy w punkcie pracy określonym jak na rys. 4.30.