Сравнительный анализ процессов всасывания, сжатия и нагнетания спирального и поршневого компрессоров. Влияние особенностей процессов этих двух типов компрессоров на уровень их рабочих коэффициентов – коэффициента подачи и КПД

Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский Государственный Университет Инженерной Экологии

ДОКЛАД

Сравнительный анализ процессов всасывания, сжатия и нагнетания спирального и поршневого компрессоров. Влияние особенностей процессов этих двух типов компрессоров на уровень их рабочих коэффициентов - коэффициента подачи и КПД

Выполнил студент группы Т-41 Барышев А.С.

Москва 2008

ВВЕДЕНИЕ

Спиральный компрессор первоначально был изобретен в 1905 году. В то время технология была недостаточно продвинута для изготовления реальных моделей, которые будут произведены только лишь в 1970-е годы, когда был восстановлен коммерческий интерес в этой идее.

В настоящее время, динамично развивающееся производство спиральных компрессоров все больше теснит своих конкурентов, когда-то прочно занимавших свои позиции в определенном диапазоне холодопроизводительности. Возникают вопросы: почему так происходит, в чем отличительные особенности спирального компрессора, и в чем его преимущества над своими конкурентами.

В докладе сделана попытка раскрыть некоторые преимущества, проведя сравнительный анализ по процессам всасывания и нагнетания спирального компрессора с его ближайшим конкурентом - поршневым компрессором.

I. ИДЕАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СПИРАЛЬНОГО И ПОРШНЕВОГО КОМПРЕССОРОВ

В анализе отталкиваемся от идеальных параметров спирального и поршневого компрессоров:

Потери массы газа за рабочий цикл компрессора отсутствуют.

Мертвый объем равен нулю.

Гидравлические потери на всасывании и на нагнетании равны нулю.

Отсутствует теплообмен между рабочим веществом и внешней средой, а процесс сжатия осуществляется по изоэнтропе «m=k».

Отсутствует трение в движущихся частях механизмов.

Соединение парных полостей спиралей с окном и камерой нагнетания происходит одновременно (данный пункт относится непосредственно к спиральному компрессору).

спиральный поршневой компрессор гидравлический

II. СРАВНЕНИЕ РАБОЧИХ КОЭФФИЦИЕНТОВ

Коэффициент подачи поршневого компрессора состоит из четырех производных:

Мертвый объем.

В поршневом компрессоре коэффициент мертвого объема составляет значительную часть от коэффициента подачи и равняется в пределах:

?с=0,7...0,9

В спиральном компрессоре оставшийся невытесненным газ выполняет совсем другую роль, чем газ, находящийся в мертвом пространстве поршневого компрессора. Невытесненное рабочее вещество практически не влияет на полноту наполнения полостей всасывания, и оно расширяется не до давления всасывания, а до давления внутреннего сжатия:

?с?1

Гидравлические потери.

Для поршневого компрессора с правильно сконструированными трактами и клапанами на всасывании и нагнетании эти потери не столь велики:

?гд=0,95...0,98

В спиральном компрессоре при отсутствии клапана на нагнетании:

?гд?1

Подогрев пара.

Подогрев пара в поршневом компрессоре происходит во всасывающем канале, так как линии всасывания и нагнетания, имеющие различную температуру, находятся близко друг от друга, также пар подогревается в цилиндре компрессора.

?w=0,87...0,92

В спиральном компрессоре линии всасывания и нагнетания размещены раздельно, а сжатие происходит постепенно от полости к полости и температура меняется постепенно от температуры на всасывании до температуры на нагнетании, соответственно подогрев пара не столь существенен.

?w?1

Перетечки.

В поршневом компрессоре перетечки происходят по зазору «поршень-цилиндр» и равняются:

?пл=0,96...0,98

Для спирального компрессора этот показатель является определяющим. Довольно сложно производить спирали, обеспечивающие плотное зацепление между собой и с маленьким показателем зазора между точками контакта спиралей. Наверное, именно поэтому так много времени потребовалось для воплощения идеи спирального компрессора в жизнь. В хорошем компрессоре коэффициент перетечек должен стремиться к 1:

?пл>1

Для количественного сравнения коэффициента подачи были взяты два крайних компрессора из ряда объемной производительности, против двух поршневых компрессора такой же производительности и рассчитаны для них коэффициент подачи в трех различных режимах работы. Результаты представлены в табл. 1. Как видно, коэффициент подачи спирального компрессора выше, чем у поршневого во всех режимах работы и во всех исполнениях.

Таблица 1. Коэффициенты подачи для спирального (СК) и поршневого компрессоров (ПК)

Для этих же компрессоров, что и коэффициент подачи, рассчитаны величины полного КПД (см. табл. 2).

Таблица 2. Величины полного КПД для спирального (СК) и поршневого компрессоров (ПК)

Зависимость КПД от степени сжатия (рассчитано для спирального компрессора с производительностью 75 м3/ч)

Размещено на http://www.allbest.ru/

График 1

Как видно из таблицы, с другими параметрами для спирального компрессора результаты не столько впечатляющи, как с коэффициентом подачи. Спиральный компрессор выигрывает лишь в высокотемпературном режиме работы, при небольшом значении степени сжатия (?k). При увеличении степени сжатия (см. график 1), величина полного КПД прямолинейно снижается и при значении ?k=8 пересекает рубеж 50%. Трудно точно сказать, почему так происходит, но из проведенного анализа можно сделать вывод: спиральному компрессору гораздо выгоднее работать с большими количествами сжимаемого пара, при невысоких значениях степени сжатия.

III. «ПУЛЬСАЦИЯ ПАРА» В ПОРШНЕВОМ И СПИРАЛЬНОМ КОМПРЕССОРАХ

Перейдем к такому понятию как «пульсация пара».

В поршневом компрессоре всасывание и нагнетание пара происходит периодично. Из-за этого возникает такое явление как «пульсация пара». Это негативно сказывается на процессах в конденсаторе, а так же создает дополнительный шум при работе компрессора. Для устранения данной проблемы применяются глушители. Роль их различна в зависимости от того, на какой линии они расположены. Основное назначение глушителя на нагнетании - уменьшить колебания газового потока в нагнетательном трубопроводе и конденсаторе, и таким образом, снизить шум, а также повысить надежность работы машины в целом. Всасывающий глушитель уменьшает пульсации газа в кожухе и непосредственно снижает шум компрессора. В компрессорах серии «Оctagon» (Bitzer, Германия) существует эксклюзивная запатентованная система глушителя, встроенного в крышку цилиндров (см. рис. 1), которая представляет собой длинный узкий загнутый канал, расположенный на выходе из нагнетательной камеры и служащий своего рода газовой подушкой для паров, выходящих из цилиндра компрессора. Эта система существенно снижает колебания пара в нагнетательном патрубке (см. рис. 2).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Схематический чертеж встроенного глушителя (сам глушитель это длинная узкая трубка)

Правый конец этой трубки закрыт, он упирается в металлический корпус компрессора, другим своим концом она уходит на нагнетание. В центральной части трубки сделано отверстие, куда поступает сжатый в компрессоре пар. Пар, попадая в отверстие, разделяется на два потока: один идет налево, другой направо. Поток, ушедший направо ударяется о глухой конец трубки, идет обратно, доходит до отверстия, встречается там с вновь сжатым в компрессоре паром и гасит его пульсацию, за счет разного направления движения и различных фаз колебания.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2. «Пульсация пара» (вверху - с использованием встроенного глушителя, внизу - без него)

В спиральном компрессоре:

Процессы всасывания, сжатия и нагнетания происходят непрерывно и растянуты по углу поворота вала

Ротационное движение подвижной спирали полностью уравновешивается и совершает плавное движение

Отсутствуют препятствия для свободного течения газового потока

Отсюда отсутствие «пульсации пара» и снижение шума компрессора, по некоторым данным на 5-10 Дб. К примеру, уровень шума полугерметичного поршневого компрессора составляет 70 Дб, что соответствует шуму, производимому грузовым автомобилем во дворе жилого дома или громкому разговору, а шум в 60 Дб - это телевизор, музыкальный центр, включенные на средней мощности, электробритва или легковой автомобиль во дворе жилого дома.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключение - итог проведенного анализа.

Удалось выяснить, что в спиральном компрессоре:

Коэффициент подачи выше на 20-30%.

КПД в высокотемпературном режиме работы выше на 10-15%.

Более низкий уровень шума и вибрации.

И, как видим, это еще не предел. Спиральному компрессору есть куда «стремиться» и есть в чем «развиваться», так что будем следить за нововведениями и новейшими разработками в этой области.

Размещено на Allbest.ru