Upload
vonhu
View
303
Download
16
Embed Size (px)
Citation preview
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
prof. dr. sc. Ante Šestan
Ivica Ančić, mag. ing.
KOMPRESORI ZRAKA
Predložak za vježbe iz kolegija „Brodski pomoćni strojevi”
2Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
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.
3Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
Kompresori zraka
Stlačeni zrak na brodu se koristi za:
upućivanje glavnih motora
upućivanje pomoćnih motora
sustav pneumatskog upravljanja i regulacije
4Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
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.
5Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
Podjela kompresora
6Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
Volumetrijski kompresori
Klipni kompresor:
1. cilindar
2. klip
3. usisni ventil
4. tlačni ventil
5. klipnjača
6. koljenasto vratilo
7Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
Volumetrijski kompresori
Krilni kompresor – promjenom eskscentriciteta moguće
mijenjati protok plina
8Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
Volumetrijski kompresori
Rootovo puhalo
9Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
Dinamički kompresori
Radijalni turbokompresor
10Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
Dinamički kompresori
Aksijalni turbokompresor
11Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
Podjela po dobavi
mala dobava: do 150 m3/h
srednja dobava: 150-4000 m3/h
velika dobava: iznad 4000 m3/h
12Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
Podjela po radnim tlakovima
vakuum crpke: iz podtlaka
puhala: do 3 bara
niskotlačni: 3-12 bara
srednjetlačni: 12-150 bara
visokotlačni: iznad 150 bara
13Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
Podrčja primjene kompresora
14Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
Termodinamičke osnove
Idealni proces
15Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
Termodinamičke osnove
Proces u indikatorskom dijagramu
16Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
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 ).
17Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
Termodinamičke osnove
18Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
Termodinamičke osnove
19Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
Termodinamičke osnove
Izmjena topline između zraka i stijenki cilindra
20Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
Termodinamičke osnove
Promjena stanja 1-2 u stvarnom kompresoru
21Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
Stupnjevana kompresija
Ako je kompresijski omjer prevelik,
kompresija se odvija u više stupnjeva
2
1
8 10p
p
22Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
Stupnjevana kompresija
Koristi se međuhlađenje kako bi se smanjila potrebna snaga
kompresora. Optimalan omjer tlakova u stupnjevanoj kompresiji
je:
gdje je z broj stupnjeva.
2
1
zn
p
p
23Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
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
24Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
Utjecaj štetnog prostora
1s a
s
V V
V
1
21 0
1
1 1np
cp
00
S
Vc
V
25Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
Utjecaj pada tlaka pri usisu
1 12
s
s a p
V v
V V v
12
1
1p
p
26Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
Utjecaj zagrijavanja kod usisa
13
1
p
a
v T
v T
23
1
1 0,025 1p
p
27Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
Utjecaj propuštanja
4 0,95 0,98
28Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
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
29Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
Snaga kompresora
tehnički rad otvorenog ciklusa
snaga kompresora
uz maseni protok
tehw vdp
1
11
n
nb
stv a a
a
n pP m p v
n p
p
d
c b
1p
a
2
W i
cil.V
p
1 1
s sstv
V n Qm
v v
30Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
Snaga kompresora
volumetrijski stupanj djelovanja
ukupna snaga
1
11 2 3 4 41 1 pb
a p a
vp vc
p v v
1 1
41 1 11
n
nb b
a
a a
p n pP c p Q
p n p
31Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
Snaga kompresora
pi srednji indicirani tlak 2
4i i
dP p sn
32Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
Snaga kompresora
indicirani izentropski stupanj djelovanja
politropska kompresija, otpori u ventilima,
propusnost, nedovoljno međuhlađenje
mehanički stupanj djelovanja
gubici trenja
◘ dobre izvedbe 0,9-0,96
◘ višestepeni kompresori 0,88-0,93
◘ mali jednoradni kompresori 0,85
izentropski stupanj djelovanja
isis i
i
P
P
im
e
P
P
is i isis is i m
i e e
P P P
P P P
33Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
Snaga kompresora
izentropska snaga
efektivna snaga
1
21 1
1
11
is
pP p Q
p
1
21 1
1
11
1is
e
is is
P pP pQ
p
34Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
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 0.77 ÷ 0.82
Višestupanjski centrifugalni 0.68 ÷ 0.77
Aksijalni 0.85 ÷ 0.87
35Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
Projektni zadatak
tip izvedbe
broj stupnjeva
brzina vrtnje
broj i dimenzije cilindara
stanje zraka na usisu
konačni projektni tlak
→ učinak kompresora
36Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
Izvedbe za brodsku namjenu
37Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
Brzina vrtnje
ograničenje vezano za srednju klipnu brzinu
3-5,5 m/s
2m sc sn
38Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
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 strojelektromotor (diesel i benziski
motor)
Brzina vrtnje- n 480-1450 o/min
Kapacitet kompresora- Q x m3/h
Stanje usisnog voda p1=1,013 bar; υ1=40 °C
39Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
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
→ kapacitet spremnika zraka
→ dobava kompresora
max2atmnq p
Vp
max atm
V pQ
t p
40Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
Projektne značajke kompresora
projektni tlak 30 bara, potrebno uvećati zbog gubitaka
2
1
301,1 5,99
1,013zn
pc
p
2
1
1 1
1
1,013 bar
1,013 5,99 6,06 bar
6,06 5,99 36.30
m n
m n
p
p p
p p bar
41Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
Projektne značajke kompresora
snaga izentropske kompresije oba stupnja
vrijedi uz:
1 1
1 1 1 1
1 1
1 1
1,4 1
5 1,4
1 11 1
1 11
1,4 1201,013 10 2 5,99 1 7,89 kW
1,4 1 2 3600
is n m m n
n n
P pQ p Q
pQ
1 1 1 1 izoterma od 1 do 1m mp v p v m
42Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
Projektne značajke kompresora
efektivna snaga kompresora uz pretpostavljene vrijednosti
indiciranog izentropskog stupnja djelovanja i mehaničkog
stupnja djelovanja
7,8910,52 kW
0,75is
e
is
PP
43Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
Usporedba s jednostepenim
Snaga izentropske kompresije u jednom stupnju
1
,1 1 1
1,4 1
5 1,4
11
1,4 1201,013 10 30 1 9,71 kW
1,4 1 2 3600
is nP p Q
,1 9,711,23
7,89is
is
P
P
44Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
Dimenzije cilindra
u projektnoj fazi vrijedi:
dobava kompresora
dimenzije se mogu odrediti iz omjera
ili srednje klipne brzine
1
2
sII sI
pV V
p
s sQ V n i
2mc sn
s
D
38 4
m
Q QD
c i n i
45Šestan, Ančić: Kompresori zraka
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
Sustav stlačenog zraka