Olsztyn 10.05.2008 Uniwersytet Warmińsko-Mazurski

Wydział Nauk Technicznych

Edukacja Techniczno-Informatyczna

SPRĘŻARKI

Wykonał :

Maciej Wąsiewicz

grupa 3

Sprężarka - maszyna energetyczna, której zadaniem jest podwyższenie ciśnienia gazu lub wymuszenie jego przepływu (nadanie energii kinetycznej).

W sprężarce ciśnienie ssawne ( ciśnienie czynnika we wlocie do pompy, maszyny sprężającej lub silnika) - p_s jest nieznacznie niższe od ciśnienia atmosferycznego (na tyle tylko by zachować zdolność ssania), zaś ciśnienie tłoczne p_t znacznie wyższe od atmosferycznego.

Sprężarki, w których p_s jest znacznie niższe, a p_t tylko nieznacznie wyższe od ciśnienia otoczenia, nazywane są pompami próżniowymi.

Sprężarki w czasie pracy wydzielają dużą ilość ciepła, które musi być odprowadzone. Układy chłodzenia sprężarek są podobne do układów chłodzenia silników spalinowych. Dla mniejszych jednostek stosuje się chłodzenie bezpośrednie, dla większych pośrednie z chłodnicą. Sam sprężany gaz w wielu przypadkach jest również chłodzony poprzez chłodzenie międzystopniowe.

Sprężarki stosuje się tam, gdzie chodzi o:

• zwiększenie gęstości czynnika gazowego,

• podniesienie ciśnienia tego czynnika,

• wymuszenie przepływu,

• podwyższenie temperatury czynnika gazowego,

• stworzenie warunków do przepływu możliwości człowieka

Podział ze względu na budowę

• wyporowe

• sprężarka tłokowa

• sprężarka śrubowa

• sprężarka membranowa

• sprężarka spiralna

• sprężarka Roots

• sprężarka łopatkowa

• przepływowe

• sprężarka promieniowa

• sprężarka diagonalna

• sprężarka osiowa

• sprężarka wirowa

• sprężarka Comprex

• inne

• sprężarka chemiczna (termiczna)

Podział ze względu na rodzaj sprężanego czynnika

• maszyny sprężające powietrzne

• maszyny sprężające gazowe

Podział ze względu na ilość stopni

• jednostopniowe,

• wielostopniowe

Sprężarki w przemyśle i technice

Sprężarki są szeroko stosowane zarówno w przemyśle (napęd różnego rodzaju narzędzi - kluczy pneumatycznych, szlifierek, wiertarek, młotów, piaskowanie, malowanie natryskowe, dystrybucja gazów technicznych, pompowanie opon samochodowych, przetłaczanie gazu ziemnego, podnoszenie ciśnienia w układach turbin gazowych, turbodoładowanie silnika spalinowego) , transport materiałów sypkich, jak i w gospodarstwie domowym (chłodziarka, wentylator, odkurzacz, suszarka do włosów, i inne).

W technice występuje często konieczność uzyskiwania stosunkowo wysokich ciśnień sprężanego gazu. Ponieważ gaz jest ściśliwy, więc do jego sprężenia potrzebna jest znaczna ilość energii. Zapotrzebowanie energetyczne procesu sprężania można obniżyć poprzez zastosowanie chłodzenia międzystopniowego. Sprężanie przebiega wtedy w dwóch etapach: wstępnie sprężony gaz przepływa przez chłodnicę międzystopniową (będącą wymiennikiem ciepła), po czym jest dalej sprężany w następnej części sprężarki. Liczba chłodnic może być większa. Jeśli byłaby nieskończenie wielka, chłodzenie byłoby izotermiczne. Zwykle w technice stosuje się jedną chłodnicę międzystopniową. Korzyści energetyczne wynikają z mniejszej pracy sprężania gazu o niższej temperaturze. Wstępnie sprężony gaz (po sprężaniu adiabatycznym) posiada temperaturę odpowiednio wyższą od temperatury otoczenia, więc stosunkowo łatwo jest go schłodzić. Po schłodzeniu praca sprężania (praca pobrana przez sprężarkę do uzyskania odpowiedniego ciśnienia) będzie mniejsza.

Pompa próżniowa, znana także jako ssawa urządzenie stosowane w technice służące do usuwania gazów (wytworzenia podciśnienia) w zamkniętej przestrzeni. Pompy dzieli się ze względu na sposób działania na: objętościowe, strumieniowe, jonowo-sorpcyjne, jonowo magnetyczne, molekularne, kondensacyjne, adsorpcyjne i jonowe.

Najważniejszymi parametrami pomp próżniowych są:

• ciśnienie końcowe (najmniejsze ciśnienie jakie można uzyskać taką pompą),

• szybkość pompowania oraz zależność tej szybkości od ciśnienia,

• wydajność (mierzona zwykle w m³ wypompowywanego gazu w jednostce czasu).

Ważnym wyróżnikiem pompy jest maksymalne ciśnienie jakie może panować na wylocie pompy. Ze względu na to ciśnienie pompy można podzielić na:

• pracujące przy ciśnieniu atmosferycznym,

• pompy wymagające uzyskania próżni wstępnej.

Sprężarka tłokowa - sprężarka, w której zwiększanie ciśnienia gazu następuje wskutek ruchu posuwistego tłoka w cylindrze. Należy zatem do grupy sprężarek objętościowych. Działanie spreżarki tłokowej jest niemal identyczne jak pompy tłokowej.

Spręż (π = p_t/p_s - stosunek sprężania) sprężarek tłokowych wynosi:

π ≤ 4 dla małych jednostek

π ≤ 6 dla dużych jednostek

π ≤ 8 dla specjalnych jednostek.

Sprężarka śrubowa to rodzaj sprężarki, w której sprężanie gazu spowodowane jest zmniejszaniem się przestrzeni pomiędzy pracującymi śrubami od otworów ssawnych do otworów tłocznych. Wartość sprężu w tego typu sprężarkach zależy od jej konstrukcji

Sprężarka spiralna to typ sprężarki wyporowej, w której sprężanie odbywa się dzięki współpracy dwóch spirali. Jedna spirala jest nieruchoma podczas gdy druga porusza się ruchem mimośrodowym, nie obracając się, dzięki czemu przestrzeń między spiralami zmniejsza się od otworu ssawnego do otworu tłocznego

Sprężarka z wirującymi tłokami (pompa Rootsa) (ang. Roots rotary pump) jest to objętościowa pompa rotacyjna, w której, podobnie jak w pompie krzywkowej, zazębiające się tłoki tworzą zamknięte przestrzenie, które przemieszczając się od części ssawnej do tłocznej sprężarki zmniejszają swoją objętość, powodując sprężanie gazu. Spręż sprężarek z wirującymi tłokami wynosi π ≤ 2. Pompy te znajdują zastosowanie tam, gdzie trzeba przetłaczać duże ilości gazu lub cieczy przy stosunkowo niewysokim ciśnieniu.

W pompie tej dwa jednakowo ukształtowane wirniki, obracają się w przeciwnych kierunkach. Zaletą jest niemal prostoliniowa zależność wydatku powietrza od prędkości obrotowej, wadą jest trudność dokładnej obróbki skomplikowanego zarysu wirnika oraz występowanie optymalnej sprawności w stosunkowo wąskim zakresie zmian prędkości obrotowej.

Spotyka się wirniki dwu- lub trzyskrzydełkowe, te ostatnie stosuje się tam, gdzie wymagana jest większa regularność przepływu gazu.

Pompa Rootsa może pracować również jako pompa próżniowa przy niskiej próżni, albo jako pompa wstępna w układach wysokopróżniowych.

Podłączona do rurociągu z przepływającą cieczą lub gazem pompa Rootsa będzie pracować jako silnik. Na tej zasadzie działają niektóre gazomierze.

Pompa łopatkowa jest rodzajem pompy wyporowej o obrotowym ruchu organu roboczego.

Schemat pompy łopatkowej

Łopatki (1) osadzone są w wirniku (2), który jest umiejscowiony mimośrodowo wewnątrz korpusu pompy (3). W czasie obrotu wirnika, łopatki zagarniają ciecz z komory ssawnej (4) do przestrzeni międzyłopatkowej (5) przenosząc ją do komory tłocznej pompy (6).

W zależności od rozwiązania konstrukcyjnego mogą one pracować jako:

• pompy próżniowe

• sprężarki powietrza

• pompy do cieczy

Pompy łopatkowe ze względu na swą delikatną konstrukcję stosowane są wyłącznie do pompowania czystych i samosmarujących cieczy. Tradycyjnie stosowane w napędach hydraulicznych obrabiarek.

Sprężarka przepływowa - sprężarka, w której przyrost ciśnienia gazu następuje wskutek oddziaływania odpowiednio ukształtowanych ruchomych elementów wirnika i nieruchomych kierownicy.

Sprężarki przepływowe za względu na kształt wirnika i kierunek przepływu gazu dzielą się na:

• sprężarki osiowe

• sprężarki osiowo-promieniowe

• sprężarki promieniowe.

Ze względu na liczbę stopni:

• jednostopniowe

• wielostopniowe

Ze względu na prędkość przepływu gazu przez wewnętrzne elementy sprężarki:

• poddźwiękowe, w których gaz uzyskuje prędkość niższą niż prędkość dźwięku

• naddźwiękowe, w których gaz uzyskuje prędkość wyższą niż prędkość dźwięku.

W sprężarkach przepływowych przyrost ciśnienia gazu następuje na drodze zamiany energii kinetycznej (prędkości) na energię potencjalną (ciśnienie).

Sprężarka promieniowa - sprężarka właściwa przepływowa, w której przepływ gazu przez wirnik jest promieniowy.

Schemat typowej sprężarki promieniowej.

Gaz wpływając przez króciec ssawny (1) napotyka kierownicę wstępną (2), której zadaniem jest wstępne zawirowanie gazu. Łopatkowy wirnik (3) przyspiesza gaz, który po jego opuszczeniu napotyka kierownicę zawirnikową (4), w której korygowany jest kierunek przepływu gazu oraz energia kinetyczna częściowa zamieniana na energię potencjalną. Gaz opuszcza sprężarkę przez spiralny dyfuzor (5).
Sprężarki promieniowe charakteryzują się wysoką sprawnością gdy pracują przy parametrach nominalnych oraz posiadają wysoki spręż π ≤ 3.

Sprężarka osiowa - sprężarka właściwa przepływowa, w której przepływ gazu jest osiowy (składowa promieniowa prędkości jest pomijalnie mała).

Schemat sprężarki osiowej. Przekrój sprężarki osiowej

Gaz wpływając przez króciec ssawny (1) napotyka kierownicę wstępną (2), której zadaniem jest wstępne zawirowanie gazu lub likwidacja szkodliwego zawirowania powstałego w króćcu ssawnym. Łopatkowy wirnik (3) przyspiesza gaz, który po jego opuszczeniu napotyka kierownicę zawirnikową (4), w której korygowany jest kierunek przepływu gazu oraz energia kinetyczna częściowa zamieniana na energię potencjalną. Gaz opuszcza sprężarkę przez dyfuzor (5), w którym następuje dalsza zamiana energii kinetycznej w potencjalną. Większość rozwiązań pozbawiona jest kierownicy wstępnej (patrz drugi rysunek). Również nie zawsze stosowany jest dyfuzor wylotowy.

Sprężarki osiowe charakteryzują się wysoką sprawnością gdy pracują przy parametrach nominalnych. Zdolne są osiągnąć wysokie natężenie przepływu przy stosunkowo małych wymiarach poprzecznych. Wadą takich sprężarek jest stosunkowo niski spręż - π ≤ 1,3 dla poddźwiękowych i π ≤ 2,5 dla naddźwiękowych. Aby go podwyższyć buduje się sprężarki wielostopniowe co znacznie powiększa wymiary wzdłużne urządzenia

Sprężarka osiowo-promieniowa - sprężarka właściwa przepływowa w której przepływy gazu przez wirnik jest ukośny (promieniowo-osiowy). Wirnik takiej sprężarki ma konstrukcję podobną do wirnika pompy helikoidalnej.

Parametry sprężarki osiowo-promieniowej są pośrednie pomiędzy parametrami sprężarki osiowej i promieniowej

Sprężarka wirowa - rodzaj sprężarki przepływowej, w której szybko obracający się wirnik wywołuje określony wzrost ciśnienia oraz prędkości gazu, który to gaz przepływa w kierunku promieniowym albo osiowym. W sprężarce wirowej każdemu wirnikowi odpowiada jeden stopień sprężania.

Sprężarka Comprex - typ sprężarki pracującej według zasady impulsowego przepompowywania powietrza, sprężonego przez gazy spalinowe. Charakteryzuje się bezpośrednim przekazaniem energii spalin do powietrza doładującego poprzez wykorzystanie zjawisk falowych. Wynikiem tego jest natychmiastowa reakcja silnika na zmianę obciążenia oraz korzystny przebieg krzywych mocy i momentu obrotowego.

Sprężarka Comprex składa się z: dwóch stojanów, wirnika, kanałów oraz z napędzającego paska. Ta sprężarka nie znalazła większego zastosowania. W praktyce stosowana była w latach osiemdziesiątych w kilku tysiącach samochodów Opel Senator (specjalna wersja silnika 2.3D), później, w latach 1992-1997, przez Mazdę - jedyny montowany w tamtym okresie silnik diesla w modelu 626 miał doładowanie Comprex.

Sprężarka chemiczna (nazywana także sprężarką termiczną) - sprężarka której działanie polega na:

1. absorpcji w wodzie (lub w innym rozpuszczalniku) gazu, który ma być sprężony,

2. podniesieniu ciśnienia roztworu przez pompę - przepompowanie roztworu z absorbera do desorbera,

3. desorpcji gazu na skutek dostarczenia energii cieplnej i uzyskania w ten sposób gazu o wyższym ciśnieniu.

Podstawową energią napędową dla sprężarki chemicznej jest energia cieplna dostarczana do desorbera. W układzie absorpcyjnym sprężarka została zastąpiona pompą, której napęd wymaga małego wkładu pracy. Sprężarki chemiczne stosowane są w sytuacji łatwego dostępu do taniego źródła ciepła w obiegach technologicznych przemysłowych ziębiarek. Ziębiarki absorpcyjne mogą być stosowane w połączeniu z ciepłowniami. Para używana w zimie do celów grzejnych może w porze letniej służyć do napędu ziębiarek cieplnych (np. w mleczarniach, pomieszczeniach mieszkalnych itd.).¹

Innym przykładem sprężarki termicznej wykorzystującej do swojego napędu energię cieplną jest parowo-wodny wymiennik ciepła stosowany w obiegu termodynamicznym siłowni parowych, tj. kocioł parowy współpracujący z pompą zasilającą. Kondensat pary wodnej po podniesieniu ciśnienia przez pompę, po dostarczeniu w kotle energii cieplnej, zamieniany jest z powrotem na parę o znacznie większym ciśnieniu. Obieg termodynamiczny siłowni parowej może być traktowany jako współpraca sprężarki termicznej z turbiną (analogicznie jak obieg turbiny gazowej - współpraca sprężarki mechanicznej z turbiną).

Sprężarka z pierścieniem wodnym - sprężarka rotacyjna.

W sprężarce tego typu pierścień wodny (1) tworzy się wokół wirnika łopatkowego (2), wirującego mimośrodowo w cylindrycznym korpusie (3). Pierścień wodny spełnia tu rolę tłoka zamykającego przestrzenie pomiędzy promieniowymi łopatkami. Gaz zasysany z kanału ssawnego (4) tłoczony jest do kanału tłocznego (5).

Spręż sprężarki łopatkowej wynosi π ≤ 4. Sprężarka tego typu, pracując jako pompa próżniowa, jest w stanie wytworzyć próżnię do 93%.

Turbosprężarka - maszyna wirnikowa składająca się z turbiny i sprężarki osadzonych na wspólnym wale. Służy do doładowania silnika spalinowego, albo kotła parowego. Turbina jest zasilana spalinami z silnika, a sprężone powietrze zasila silnik. Do cylindra wprowadzona jest większa ilość powietrza, dzięki czemu rośnie sprawność i moc silnika. Silniki pojazdów samochodowych wyposażone są najczęściej w turbosprężarkę Garretta. Nazwa pochodzi od nazwiska konstruktora.

Budowa turbosprężarki jest zbliżona do turbiny gazowej, ale nie zawiera komory spalania. Rolę wytwornicy spalin spełnia w tym przypadku silnik spalinowy.

Turbosprężarka składa się z turbiny, czyli tzw. gorącej części (na fotografii na czerwono) i sprężarki, tzw. chłodnej części (na fotografii na niebiesko), których wirniki są sztywno połączone wspólnym wałem. Turbina, napędzana gazami wylotowymi z silnika, zamienia energię tych gazów na energię mechaniczną, która służy do napędu sprężarki sprężającej powietrze przed dostarczeniem go do silnika.

Stosowanie turbosprężarki zwiększa moc, sprawność oraz elastyczność silnika.

Aby wytworzyć wystarczającą ilość sprężonego powietrza wirnik sprężarki powinien obracać się z wysoką prędkością obrotową (rzędu 100 000 do 300 000 obr/min.), ale by silnik mógł wytworzyć odpowiednią ilość gazów wylotowych konieczną do rozpędzenia wirnika turbiny, musi pracować z odpowiednim obciążeniem.

W trakcie sprężania powietrza w sprężarce rośnie jego temperatura w wyniku:

• wzrostu ciśnienia (zgodnie z równaniem adiabaty),

• przepływu ciepła przez elementy konstrukcyjne od gorących spalin do chłodniejszego powietrza.

Jest to zjawisko niekorzystne, gdyż obniża efekt działania turbosprężarki. Aby obniżyć temperaturę sprężonego powietrza stosowany jest wymiennik ciepła zwany intercoolerem (chłodnica schładzająca powietrze sprężone w turbosprężarce przed dostarczeniem go do silnika, stosowana w silnikach spalinowych z turbodoładowaniem. Służy do zwiększenia sprawności i mocy silnika).

.

Źródło :

1) www.wikipedia.pl

2) www.sciaga.pl

---