Ю. П. Титов, Н. М. Яковенко «Воздуходувные станции» icon

Ю. П. Титов, Н. М. Яковенко «Воздуходувные станции»




Скачати 386.1 Kb.
НазваЮ. П. Титов, Н. М. Яковенко «Воздуходувные станции»
Сторінка1/3
Дата22.06.2012
Розмір386.1 Kb.
ТипМетодические указания
  1   2   3

МИНИСТАРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ


ХАРЬКОВСКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА


Ю.П. Титов, Н.М. Яковенко


«Воздуходувные станции»


Методические указания для выполнения курсового проекта по специальности: «Насосные и воздуходувные станции» (для студентов 3 – 5 курсов дневной и заочной формы обучения специальности 7.0926 01 «Водоснабжение и водоотведение»)





Харьков – ХНАГХ – 2006

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ


^ ХАРЬКОВСКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА


Ю.П. Титов; Н.М. Яковенко


«Воздуходувные станции»


Методические указания для выполнения курсового проекта (для студентов 3-5 курсов дневной и заочной формы обучения специальности 7.0926 01 «Водоснабжение и водоотведение»)


В подготовке этого издания принимали участие студенты 4 курса гр. ОВ – 41: Дудник Ю.Ю, и Дудник М. Ю.


Харьков – ХНАГХ – 2006


УДК 621. 65(075. 32)


Воздуходувные станции. Методические указания для выполнения курсового проекта (для студентов 3 – 5 курсов дневной и заочной формы обучения специальности 7. 0926 01 «Водоснабжение и водоотведение»).


Составители Титов Ю.П., Яковенко Н.М.

Харьков, 2006


В учебно-методическом пособии рассмотрены вопросы расчетов и проектирования воздуходувных станций, решаются комплексные задачи определения отдельных элементов, рациональный выбор оборудования. Приведена методика оптимизации компрессорных установок, пути и способы расчета технических показателей и параметров, определяющих долговечность и экономическую эффективность.

Для студентов изучающих дисциплину «Насосные и воздуходувные станции» (Раздел «Воздуходувные станции»)

Табл.- 1 , Рис.- 14 , Библиограф – 3

Рекомендовано кафедрой ВВ и ОВ протокол № от

В подготовке этого издания принимали участие студенты 4 курса группы ОВ-41: Дудник Ю.Ю. и Дудник М.Ю.


© Титов Ю.П., Яковенко Н.М.

ХНАГХ, 2006

СОДЕРЖАНИЕ


Введение 5

1.Термодинамические свойства газов 6

2.Назначения и типы компрессоров 12

3.Поршневые компрессоры 13

4.Трубокомпрессоры и турбовоздуходувки 18

5.Действительный рабочий процесс в одноступенчатом компрессоре 20 6.Многоступенчатое сжатия 23 7.Регулирование подачи поршневых компрессоров 27

^ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 34


ВВЕДЕНИЕ


Воздуходувные станции являются базой для изучения методов устройств воздуха и отопления, котельных установок и тепловых сетей, водоснабжения и технологических линий очистных сооружений канализации, промышленной вентиляции и кондиционирования воздуха.

Расчет трубопроводов различного назначения, подбор компрессоров и вентиляторов и прочего оборудования основаны на знании законов и положений гидравлики и аэродинамики.

Воздуходувные станции – комплекс систем и оборудования, обеспечивающий сжатым воздухом (газом) технологические процессы систем водоснабжения и канализации. Назначение воздуходувной станции – это обеспечить потребителей сжатым воздухом (газом) по производительности (Q, мі/ч), и напору (Н, м) и давлением (р, кг/смІ).

Важные практические задачи решаются на основе исследования взаимодействия воздушных потоков с твердыми стенками в вопросах вентиляции, аэрации, работы гидравлических машин и во многих других случаях.


^ 1. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГАЗОВ


Физические свойства газов функционально зависят от температуры и давления. Газы обладают способностью расширяться и сжиматься в очень широких пределах (в отличие от жидкостей). Им свойственны высокие скорости. Процессы движения газов связаны с внутренними термодинамическими процессами, т. е. процессами взаимного превращения тепловой энергии в механическую. Поэтому многие положения гидравлики нельзя механически переносить на динамику газов.

Однако в технике малых перепадов давлений и обычных температур (например, в вентиляции) изменения физических свойств (плотности, температуры, вязкости и др.) воздуха и других газов в процессе их движения при малых скоростях и давлениях, очень близких к атмосферному, настолько ничтожны, что ими вполне можно пренебречь. Это дает возможность, с учетом сказанного перенести на аэродинамику все основные положения и законы гидродинамики (определения напоров, давлений, скоростей, расхода, живых сечений, гидравлического радиуса, линейных и местных сопротивлений).

Состояние газов характеризуется такими параметрами, как:

- объем V, мі;

- давление р, кг/смІ;

- температура t, °С.

Изменение состояния газа ведет к изменению его параметров и сопровождается температурными процессами. Между этими параметрами (V,р, t°) существует определенная связь, которая описывается уравнениями состояния.

Влияние температуры на изменение объема газа при постоянном давлении определяется законом Гей-Люссака, т. е. при р=const объем газа прямо пропорционален его температуре:

(1.1)

или ,

где V1 и V2 – объемы газа соответственно при температурах Т1 и Т2 измеренных по шкале Кельвина (t=Т-273,15°С).

Связь между объемами газа (пара) при разных температурах определяется зависимостью:

(1.2)

где V и V0 - конечный и начальный объемы газа, мі;

t и t0 - конечная и начальная температуры газа, °С;

?t – относительный коэффициент объемного расширения, 1/ град.

Изменение давления газа в зависимости от изменения температуры определяется по формуле

, (1.3)

где p и p0 – конечное и начальное давление газа, ^ Н/мІ;

t и t0 - конечная и начальная температуры газа, °С;

?р – относительный температурный коэффициент давления, 1/град.

Масса газа М при изменении его объема постоянна. Если p1 и p2 плотности двух температурных состояний газа, то:

и . (1.4)

С учетом выражения (1) можно записать

, (1.5)

т. е. плотность газа (пара) при постоянном давлении обратно пропорциональна его абсолютной температуре.

Связь между давлением газа и его объемом при T = const определяется законом Бойля – Мариотта:

, (1.6)

но удельный объем газа v = 1/р и, следовательно,

. (1.7)

Из формулировки при одной и той же температуре произведение удельного объема газа v на величину его давления есть величина постоянная – следует, что при постоянной температуре плотность газа прямо пропорциональна давлению.

Но, принимая во внимание уравнения (1; 6), можно получить соотношение, связывающее три параметра газа: давление, удельный объем и его абсолютную температуру:

(1.8)

или в общем виде

, (1.9)

т. е. для любого состояния газа произведение его давления на удельный объем, деленное на абсолютную температуру, есть величина постоянная. Это выражение, представляющее собой объединенный закон Бойля – Мариотта и Гей-Люссака, называют уравнением Клапейрона и записывают в формуле:

. (1.10)

R – называется газовой постоянной для идеального газа величина постоянная и представляет собой работу, совершаемую единицей массы идеального газа в изобарном процессе при изменении температуры на 1°; Дж / (кгּград) и определяется по формуле

, (1.11)

где – удельная работа изменения объема, совершаемой 1 кг идеального газа при постоянном давлении, Дж/кг;

t2 - t1 – изменение температуры газа, град.

В расчетах, связанных с перемещением газов (паров) по трубопроводам, и расчетах элементов гидравлических машин (вентиляторов, компрессоров, эжекторов) приходится определять величины работ при изменении объема и давления газа. Термодинамическая работа изменения объема газа определяется по формуле

, (1.12)

где р и рср – абсолютное и абсолютное среднее давление, Н/мІ;

V1 и V2 – начальный и конечный объем газа, мі.

Работа изменения давления газа определяется выражением

, (1.13)

где р1 и р2 – начальное и конечное давление газа, Н/мІ.

В термодинамике известны несколько процессов состояния газа, где меняются все его параметры или один из них остается постоянным:

-изобарный, при постоянном давлении (р1);

- изохорный, при постоянном объеме (v1);

- изотермный, при постоянной температуре (Т1).

Когда при отсутствии теплообмена между газом и внешней средой (теплота не отводится и не подводится) изменяются все три параметра газа р, v, Т в процессе его расширения или сжатия, процесс называется адиабатным, а когда изменение параметров газа происходит при непрерывном подводе или отводе теплоты – политропным.

Изохорный процесср, Т=изменяются, а v= const.

При v= const давление газа изменяется прямо пропорционально абсолютной температуре и вся теплота, подводимая к газу, расходуется только на изменение его внутренней энергии, приращение которой равно

, (1.14)

где сv- удельная теплоемкость при одинаковом объеме, т. е. количество теплоты, необходимое для изменения температуры единицы массы газа на один градус, Дж / (кгּград).

^ Изобарный процессv, Т = изменяются, а р=const.(Гей-Люссака).

При подводе к газу теплоты его объем увеличивается, а при отводе уменьшается. В первом случае газ производит работу расширения, во втором – сжатия. Если процесс изменения состояния газа графически изобразить в системе рv-координат (рис.1), то он выражается заштрихованной площадью.

Если в процессе работы расширения удельный объем газа возрос с v1 до v2, произведенная 1 кг газа работа равна

, (1.15)

или (для G кг газа)

.

По уравнению (11), р1 v1=R ּТ1 и р2 v2=R ּТ2. По условию р1= р2= р, следовательно, v1= R ּТ1/ р и v2= R ּТ2/ р; тогда для 1 кг газа:

(1.16)

или для G кг газа


.

В изобарном процессе подводимая к газу теплота расходуется на приращение его внутренней энергии ∆u и совершение работы ql, или qр= ∆u + ql; для 1 кг газа имеем:



,

и

,

но сv+R=ср – удельная массовая теплоемкость при постоянном давлении и, следовательно,

. (1.17)

Если газ производит работу сжатия, то перед правой частью формулы (15) должен стоять знак минус.

^ Изотермный процесс р, v = изменяются, а Т= const. (Бойля-Мариотта)

На рv-диаграмме он изобразится равнобокой гиперболой (рис. 2). Работа 1 кг газа графически представится заштрихованной площадью, которая равна

. (1.18)

Адиабатный процесср, v, Т= изменяются, а ∆ q=0.

Так как теплота никуда не отводится и никуда не поступает, то ∆ q=0. В этом случае можно написать

u+l=∆ q=0 или -∆ q=l. (1.19)

Таким образом, приращение внутренней энергии газа ∆u расходуется на работу l. При адиабатном процессе работа расширения газа производится за счет снижения его внутренней энергии и, следовательно, температуры газа. При работе сжатия, наоборот, происходит увеличение внутренней энергии газа но

∆u =сv∆Т и l=р∆u

и уравнение (19) может быть представлено в виде:

. (1.20)

В общей форме уравнение адиабатного процесса имеет вид:

, (1.21)

где: k- показатель адиабаты, равный отношению удельных массовых теплоемкостей, .

Графически этот процесс на рv-диаграмме изобразится гиперболой (рис. 3). Кривая адиабаты А имеет более крутой подъем, чем изотермы Б.



Так как RT1v1=RT2 (из формулы 21) и R= const, то полученное уравнение можно выразить иначе:



или в общем виде:

. (1.22)

Путем соответствующих преобразований получим зависимости для других параметров газа:

; (1.23)

. (1.24)

Работа, совершаемая 1 кг газа в условиях адиабатного процесса, равна:



или

. (1.25)

Политропный процесср, v, Т= изменяются, а ∆ q?0.

Уравнение политропного процесса:

, (1.26)

где n – показатель политропы.

Это уравнение обобщает все четыре предыдущих процесса:

при n=0 vⁿ=1 и р= const (изобарный процесс);

при n=1 рv= const (изотермный процесс);

при n=k (адиабатный процесс);

при n=? , и v1= v2= const (изохорный процесс).

Описанные четыре термодинамических процесса являются частными случаями политропного процесса. Объемный расход газа с погрешностью, не имеющей практического значения, можно считать постоянным в любом сечении газопровода только в том случае, если его давление и температура мало изменяются по пути движения. В практике же часто встречаются большие перепады давлений, вызываемые обычно потерями напора ввиду высоких скоростей движения или изменением температуры в связи с попутным подогревом газа. Например, если сжатый воздух, имевший начальное давление 6 ат, потерял по пути движения на гидравлические сопротивления 3 ат, то его объем в конце трубопровода увеличится в 2 раза и во столько же раз возрастает скорость.

На основании объединенного закона Мариотта – Гей-Люссака можно написать общую формулу для определения любого промежуточного объема движущегося газа в зависимости от изменения его параметров:

, (1.27)

где: р1, Т1, v1 – параметры начального состояния газа.

Этой формулой приходится также пользоваться при пересчете объема газа, взятого при нормальных физических условиях. Если параметры газа по пути его движения непрерывно изменяются, то при расчетах следует пользоваться средним объемом и средней скоростью на участке, которые представляют полусумму их начальных и конечных значений.

При T1=T2 формула получает более простой вид:

. (1.28)


^ 2. НАЗНАЧЕНИЕ И ТИПЫ КОМПРЕССОРОВ


Компрессорами называются устройства, предназначенные для сжатия газов и паров. По принципу действия все компрессоры можно разделить на три основных типа: объемные, лопаточные и струйные. К объемным компрессорам относятся поршневые и ротационные.

Сжатие газа в поршневых компрессорах происходит в результате периодически повторяющегося изменения объема цилиндра. В ротационных компрессорах газ сжимается в камерах, объем которых при вращении ротора непрерывно изменяется.

В лопаточных компрессорах сжатие газа происходит с помощью вращающегося рабочего колеса. Лопаточные компрессоры в зависимости от направления потока по отношению к оси колеса делятся на центробежные и осевые.

В струйных компрессорах сжатие происходит за счет кинетической энергии потока газа или пара. При этом сжимаемый газ смешивается с газом, служащим источником энергии. Струйные компрессоры обладают низким КПД, поэтому применяют их редко.

Основными параметрами, характеризующими работу компрессоров, является начальное р1 и конечное давление р2 газа или пара, степень повышения давления ?= р2/ р1 и производительность Qv.

Производительностью компрессора называется объем газа или пара, подаваемых компрессором в нагнетательный патрубок в секунду (мі/с) и приведенный к температуре и давлению во всасывающем патрубке.

Если степень повышения давления ?=2,5ч1000, компрессоры так и называются компрессорами. Если ?=1,1ч4, компрессоры принято называть газодувками (в том числе для сжатия воздуха – воздуходувками), при ??1,1 – вентиляторами. Лопаточные компрессоры и воздуходувки обычно называют турбокомпрессорами и турбовоздуходувками.

Компрессоры могут быть классифицированы также по различным частным признакам, например по числу степеней на одно-, двух- и многоступенчатые, по способу охлаждения – с воздушным и водяным охлаждением, по расположению цилиндров – горизонтальные, вертикальные и V-образные, по производительности и т. д.


^ 3. ПОРШНЕВЫЕ КОМПРЕССОРЫ


Схема и индикаторная диаграмма одноступенчатого поршневого компрессора показаны на рис.4. Компрессор состоит из цилиндра, поршня, совершающего возвратно-поступательное движение, и двух клапанов: всасывающего и нагнетательного. Над цилиндром изображена индикаторная диаграмма компрессора, которая графически показывает зависимость давления газа или пара в цилиндре от его объема.

Работает компрессор следующим образом. При движении поршня слева направо давление газа в цилиндре становится меньше давления р1. Под действием разницы давлений открывается всасывающий клапан и цилиндр заполняется газом. На индикаторной диаграмме процесс всасывания изображается линией da. Дойдя до крайнего правого положения, поршень начинает двигаться в обратном направлении, всасывающий клапан закрывается и происходит сжатие газа (линия ab). Характер этого процесса определяется степенью охлаждения цилиндра. Давление будет увеличиваться до тех пор, пока оно не превысит р2. Тогда под действием разности этих давлений открывается нагнетательный клапан и сжатый газ выталкивается из цилиндра (линия bc). Поршень не может доходить вплотную до крышки цилиндра и между ними всегда остается пространство, которое называется вредным. В этом пространстве остается газ, который расширяется при движении поршня слева направо (линия cd). Нагнетательный клапан при этом закрывается.






  1   2   3

Схожі:

Ю. П. Титов, Н. М. Яковенко «Воздуходувные станции» iconЯковенко
Борис Володимирович Яковенко : біобібліогр покажч. / уклад. Л. А. Іполітова; відп ред. Г. Г. Макарова. – Чернігів, 2011. – 24 с
Ю. П. Титов, Н. М. Яковенко «Воздуходувные станции» iconТ. О. Шевченко, М. М. Яковенко Методичні вказівки
Спеціальні питання гідравліки, водопровідних та водовідвідних споруд” (для студентів 4 курсу денної та заочної форм навчання напряму...
Ю. П. Титов, Н. М. Яковенко «Воздуходувные станции» iconМіністерство освіти І науки україни харківська національна академія міського господарства в. О. Ткачов, М. М. Яковенко Програма та робоча програма навчальної дисципліни
«Облік води та експлуатація водомірного господарства» (для студентів 5, 6 курсів денної та заочної форм навчання напряму підготовки...
Ю. П. Титов, Н. М. Яковенко «Воздуходувные станции» iconЮжноукраинский энергетический комплекс
Со 2 по 5 мая 2012 года студенты четвертого курса специальности «Электрические станции» под руководством старшего предподавателя
Ю. П. Титов, Н. М. Яковенко «Воздуходувные станции» iconАннотации удк 628. 35 Приходько л. Н
Приходько л. Н. Опыт увеличения производительности и эффективности очистки на городской канализационной станции
Ю. П. Титов, Н. М. Яковенко «Воздуходувные станции» iconАннотации удк 628. 35 Приходько л. Н
Приходько л. Н. Опыт увеличения производительности и эффективности очистки на городской канализационной станции
Ю. П. Титов, Н. М. Яковенко «Воздуходувные станции» iconВ 1964 г защитил кандидатскую диссертацию
Георгий Григорьевич родился в г. Таганроге (Россия), в 1951 году закончил Харьковский электротехнический университет по специальности...
Ю. П. Титов, Н. М. Яковенко «Воздуходувные станции» iconДо практичних занять по дисципліні  санітарно-технічне обладнання будинків 
Водні ресурси специальності, 092600 – Водопостачання та водовідведення. Уклад.: Н. Ю. Колеснік, М. М. Яковенко – Харків: хнамг, 2009....
Ю. П. Титов, Н. М. Яковенко «Воздуходувные станции» iconУдк 342. 5 Яковенко Д. А., проф
Проблемы организации эффективного финансового контроля при переходе на бюджетирование, ориентированное на результат и “программный”...
Ю. П. Титов, Н. М. Яковенко «Воздуходувные станции» iconЯковенко В. Повсякденне життя житомирян в умовах окупації (липень 1941 – грудень 1943 рр.)
Великої Вітчизняної війни належить до однієї з найбільш недосліджених І сфальсифікованих сторінок історії нашого народу
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи