Transcript Volumetrijski kompresori

BRODSKI POMOĆNI STROJEVI
KOMPRESORI ZRAKA
Kompresori zraka
Kompresor zraka je stroj koji nekom plinu
povećava tlak. Pri tome se plinu povećava i
temperatura, iako to samo po sebi nije cilj.
Kompresori zraka
Stlačeni zrak na brodu se koristi za:
• upućivanje glavnih motora
• upućivanje pomoćnih motora
• sustav pneumatskog upravljanja i
regulacije
Podjela kompresora
Volumetrijski kompresori povećavaju tlak
određenom volumenu plina ciklički na način da mu
smanje volumen, pretvaraju mehaničku energiju u
energiju tlaka izravno.
Dinamički kompresori povećavaju tlak struji plina
kontinuirano na način da ubrzavaju strujanje čime
se pretvara mehanička energija u kinetičku, i
potom usporavaju strujanje čime se kinetička
energija pretvara u energiju tlaka.
Podjela kompresora
Volumetrijski kompresori
Klipni kompresor:
1. cilindar
2. klip
3. usisni ventil
4. tlačni ventil
5. klipnjača
6. koljenasto vratilo
Volumetrijski kompresori
Krilni kompresor – promjenom eskscentriciteta
moguće mijenjati protok plina
Volumetrijski kompresori
Rootovo puhalo
Dinamički kompresori
Radijalni turbokompresor
Dinamički kompresori
Aksijalni turbokompresor
Podjela po dobavi
• mala dobava: do 150 m3/h
• srednja dobava: 150-4000 m3/h
• velika dobava: iznad 4000 m3/h
Podjela po radnim tlakovima
• vakuum crpke: iz podtlaka
• puhala: do 3 bara
• niskotlačni: 3-12 bara
• srednjetlačni: 12-150 bara
• visokotlačni: iznad 150 bara
Podrčja primjene kompresora
Termodinamičke osnove
Idealni proces
Termodinamičke osnove
Proces u indikatorskom dijagramu
Termodinamičke osnove
Promjena stanja 1-2 može biti:
a) izotermna n=1 (prilikom kompresije
radnoj se tvari odvodi toplina pri čemu je
T=konst.),
b) izentropska n=κ (s=konst ; q=0),
c) politropska (s≠konst; q=cnΔT ).
Termodinamičke osnove
Termodinamičke osnove
Termodinamičke osnove
Izmjena topline između zraka i stijenki cilindra
Termodinamičke osnove
Promjena stanja 1-2 u stvarnom kompresoru
Stupnjevana kompresija
Ako je kompresijski omjer
prevelik, kompresija se
odvija u više stupnjeva

p2
  8  10 
p1
Stupnjevana kompresija
Koristi se međuhlađenje kako bi se smanjila
potrebna snaga kompresora. Optimalan omjer
tlakova u stupnjevanoj kompresiji je:
n 
z
p2
p1
gdje je z broj stupnjeva.
Volumetrijski stupanj djelovanja
• λ1 – utjecaj štetnog prostora
• λ2 – utjecaj pada tlaka pri usisu
• λ3 – utjecaj zagrijavanja kod usisa
• λ4 – utjecaj propuštanja
  1234
Utjecaj štetnog prostora
Vs  Va
1 
Vs
1


n
 p2 

1  1  c0    1
 p1 



V0
c0 
VS
Utjecaj pada tlaka pri usisu
Vs1
v1
2 

Vs  Va vp
p1
2  1 
p1
Utjecaj zagrijavanja kod usisa
vp
T1
3 

va T1
 p2 
3  1  0, 025   1
 p1 
Utjecaj propuštanja
4  0,95  0,98
Volumetrijski stupanj djelovanja
• λ1 – utjecaj štetnog prostora
• λ2 – utjecaj pada tlaka pri usisu
• λ3 – utjecaj zagrijavanja kod usisa
• λ4 – utjecaj propuštanja
  1234   0,6 0,7...0,85
Snaga kompresora
• tehnički rad otvorenog ciklusa
• snaga kompresora
n1


n
 pb 
n

P  mstv
pava    1
 pa 

n 1


•
Vs ns
Q

uz maseni protok mstv  
v1
v1
wteh    vdp
p
b
c
p2
Wi
p1
d
a
Vcil.
Snaga kompresora
• volumetrijski stupanj djelovanja
1




 pb 

 v1 vp


  1234  1  c    1 

 pa 
 vp va 4


 

• ukupna snaga
1
n 1







n




pb
n
pb





P  1  c    1  4
paQ    1
 pa 

  pa 

n 1



 



Snaga kompresora
pi srednji indicirani tlak
d 2
Pi 
pi sn
4
Snaga kompresora
P
is


• indicirani izentropski stupanj djelovanja is i P
i
– politropska kompresija, otpori u ventilima,
propusnost, nedovoljno međuhlađenje
Pi
• mehanički stupanj djelovanja m 
Pe
– gubici trenja
• dobre izvedbe 0,9-0,96
• višestepeni kompresori 0,88-0,93
• mali jednoradni kompresori 0,85
•
Pis Pi Pis

izentropski stupanj djelovanja is  is im 
Pi Pe Pe
Snaga kompresora
•
•
 1



 p2 


izentropska snaga Pis 
p1Q1    1
 p1

 1
 



 1



 p2 
Pis 1 

p1Q1    1
efektivna snaga Pe  
  p1 

is is   1




Snaga kompresora
Unutrašnja (indicirana)
izentropska efikasnost
Ukupna izentropska
efikasnost
Klipni jednostupanjski
0.90 ÷ 0.95
0.83 ÷ 0.94
Klipni višestupanjski
0.76 ÷ 0.83
0.72 ÷ 0.78
Dvovijčani kompresori
0.80 ÷ 0.85
Lamelni kompresori
0.70 ÷ 0.75
Roots
0.60 ÷ 0.65
Turbo puhala
0.60 ÷ 0.80
Jednostupanjski centrifugalni
0.80 ÷ 0.86
Višestupanjski centrifugalni
0.68 ÷ 0.77
Aksijalni
0.85 ÷ 0.87
0.77 ÷ 0.82
Projektni zadatak
•
•
•
•
•
•
tip izvedbe
broj stupnjeva
brzina vrtnje
broj i dimenzije cilindara
stanje zraka na usisu
konačni projektni tlak
→ učinak kompresora
Izvedbe za brodsku namjenu
Brzina vrtnje
• ograničenje vezano za srednju klipnu
brzinu
cm  2sns
• 3-5,5 m/s
Projektni zahtjev
Izvedba
vertikalni redni,V,W,..
Broj stupnjeva kompresije
dvostupanjska s međuhlađenjem
Izvedba cilindara(radnost)
jednoradni,dvoradni
Srednja klipna brzina- cm
3-5,5 m/s
Pogonski stroj
elektromotor (diesel i benziski
motor)
Brzina vrtnje- n
480-1450 o/min
Kapacitet kompresora- Q
m3/h
Stanje usisnog voda
p1=1,013bar; υ1=40°C
Projektne značajke kompresora
Ukupni volumen zračnih spremnika treba
omogućiti ne manje od dvanaest uzastopnih
upućivanja porivnog dizelskog motora, ako je on
prekretan, tj. šest uzastopnih upućivanja za
neprekretne motore
nq patm
2 pmax
→ kapacitet spremnika zraka
V
→ dobava kompresora
V pmax
Q
t patm
Projektne značajke kompresora
• projektni tlak 30 bara, potrebno uvećati zbog
gubitaka
p2
30
n  c z
 1,1
 5,99
p1
1,013
p1  1,013 bar
p1m  p1  n  1,013  5,99  6,06 bar
p 2  p1m  n  6,06  5,99  36.30 bar
Projektne značajke kompresora
• snaga izentropske kompresije oba stupnja
 1 
 1 

Pis 
p1Q1  n  1 
p1mQ1m  n  1
 1

  1


 1
 1




p1Q1  n  1  n  1
 1


1,41


1, 4
120
5
1,4

1,013 10 
 2  5,99
 1  7,89 kW


1, 4  1
2  3600 


• vrijedi uz:
p1v1  p1mv1m  izoterma od 1 do 1m
Projektne značajke kompresora
• efektivna snaga kompresora uz pretpostavljene
vrijednosti indiciranog izentropskog stupnja
djelovanja i mehaničkog stupnja djelovanja
Pis
7,89
Pe 

 10,52 kW
is 0,75
Usporedba s jednostepenim
• Snaga izentropske kompresije u jednom stupnju
 1 
Pis ,1 
p1Q1  n  1
 1



1,41


1, 4
120
5
1,4

1,013 10 
 1  9,71 kW
30
1, 4  1
2  3600 



Pis ,1
9,71

 1, 23
Pis 7,89
Dimenzije cilindra
• u projektnoj fazi vrijedi:
VsII  VsI
• dobava kompresora
Q  Vsnsi
•
p1
p2
s
dimenzije se mogu odrediti iz omjera  
D
ili srednje klipne brzine cm  2sn
8Q
4Q
3
D

 cmi
 n i
Sustav stlačenog zraka