Sprężarki

( zad. 1-5 sprężarki wyporowe, 6-9 sprężarki rotodynamiczne)

1. Jednostopniowa sprężarka, bez przestrzeni szkodliwej, zasysa 100 m³/h powietrza przy ciśnieniu bezwzględnym 1bar i temperaturze 15°C. Ciśnienie po sprężaniu wynosi 5 bar. Ile wyniesie różnica między teoretyczną mocą napędową w wypadku sprężania izotermicznego i politropowego przy wykładniku z=1,15. Jakie jest natężenie przepływu wody chłodzącej cylinder w obu przypadkach, jeżeli jej temperatura wzrasta od 15°C do 40°C.

2. Dwie sprężarki pracują w układzie równoległym zasysając powietrze przy parametrach 1 bar i 27°C, a wytłaczają je przy ciśnieniu 49 bar. W obu sprężarkach proces sprężania przebiega politropowo z wykładnikiem 1,3 oraz obie mają jednakową wydajność 150 kg/h. Pierwsza sprężarka jest jednostopniowa, a druga dwustopniowa. Przyrost temperatury wody przepływającej przez chłodnicę międzystopniową wynosi 22°C.

Obliczyć:

• o ile mniejsza jest moc teoretyczna napędu drugiej sprężarki?

• jakie jest natężenie wody przepływającej przez chłodnicę międzystopniową, jeżeli temperatura czynnika sprężanego, napływającego do drugiego stopnia ma być taka sama, jak przed stopniem pierwszym?

1. Jednostopniowa sprężarka jednostronnego działania ma przestrzeń szkodliwą o objętości 4 litry, a maksymalną objętość przestrzeni roboczej 100 litrów. Zasysanie odbywa się przy ciśnieniu 0,95 bar, a wytłaczanie przy 5,7 bar. Sprężanie jest politropowe przy wykładniku z₁=1,3 a rozprężanie powietrza pozostałego w przestrzeni szkodliwej przy z₂=1,25. Obliczyć współczynnik wydajności sprężarki λ przyjmując, że jednym zjawiskiem obniżającym wydajność sprężarki jest oddziaływanie przestrzeni szkodliwej.

2. Jednostopniowa dwucylindrowa sprężarka jednostronnego działania ma następującą charakterystykę: średnica cylindra 230mm, skok tłoka 300mm, prędkość obrotowa 300 obr/min. Przy ciśnieniu 7bar i temperaturze 133°C sprężarka wytłacza 1m³/min powietrza. Uzyskano wykres indykatorowy sprężarki o powierzchni F=1940 mm² i podstawie równej b=100 mm. Stała indykatorowa uwzględniająca ugięcie sprężyny i przekładnię wynosi
   a=10 mm/bar. Sprawność mechaniczna sprężarki wynosi η_m=0,92. Zasysanie odbywa się przy p₁=1bar, t₁=17°C. Obliczyć:

• rzeczywistą wydajność sprężarki odniesioną do warunków zasysania,

• współczynnik wydajności sprężarki,

• moc izotermiczną, indykowaną i na wale,

• sprawność wewnętrzną izotermiczną (indykowaną) oraz sprawność całkowitą izotermiczną.

1. Jednostopniowa sprężarka tłokowa spręża izotermicznie powietrze od ciśnienia p_s=0,1 do p_t=0,4MPa. Względna objętość szkodliwa sprężarki wynosi ε=0,08. Wskutek dławienia gazu przy przepływie przez zawory sprężarki powstaje strata ciśnienia Δp_s=10kPa przy ssaniu i Δp_t=20kPa przy wytłaczaniu. Obliczyć rzeczywisty współczynnik objętościowy sprężarki tłokowej (sprawność wolumetryczną).

2. Sprężarka wirnikowa spręża 30 000 m3/h (w odniesieniu do warunków normalnych) powietrza od parametrów p₁=1bar, t₁=27°C do ciśnienia p₂=6bar. Sprawność izentropowa η_i=0,83, sprawność mechaniczna η_m=0,93. Obliczyć moc napędową sprężarki oraz temperaturę powietrza po sprężaniu rzeczywistym, nieizentropowym. Przyjąć dla powietrza ciepło właściwe c_p=1 kJ/kgK, wykładnik izentropy κ=1,4. Energię kinetyczną na wlocie i wylocie pominąć.

3. Oblicz sprawność izentropową i moc napędu sprężarki z zadnia poprzedniego przy uwzględnieniu energii kinetycznej strumienia czynnika, przyjmując prędkość przepływu na wlocie w₁=20 m/s, a na wylocie w₂=120 m/s.

4. Obliczyć rzeczywistą moc napędu sprężarki wirnikowej złożonej z dwóch części, między którymi znajduje się intercooler (międzystopniowa chłodnica gazu). W sprężarce spręża się $\dot{m}$=8 kg/s powietrza od p₀=1 bar, t₀=27°C do p₂=4 bar. Spręż jest jednakowy w obu częściach sprężarki. Spadek temperatury gazu wynosi 60% rzeczywistego przyrostu temperatury w pierwszym stopniu sprężania. Przyjąć, że w chłodnicy nie następuje spadek ciśnienia. Sprawność izentropowa każdej części sprężarki wynosi η_i=0,85, sprawność mechaniczna η_m=0,94. Przyjąć dla powietrza ciepło właściwe c_p=1 kJ/kgK, wykładnik izentropy κ=1,4. Energię kinetyczną na wlocie i wylocie pominąć.

5. Sprężarka wirnikowa spręża powietrza od p₀=1000 hPa, t₀=10°C do p₂=2 bar w dwóch stopniach. Sprawność izentropowa pojedynczego stopnia η_i=0,82. Spręż w obu stopniach jest jednakowy. Obliczyć sprawność izentropową całej sprężarki. Traktować powietrze jako gaz kalorycznie doskonały.