KKE Katedra energetických strojů a zařízení JADERNÁ ENERGETIKA · 2016-10-04 · KKE Katedra...

transcript

JADERNÁ ENERGETIKA KKE Katedra energetických strojů a zařízení

Pavel Žitek

Vzduchotechnika

Tato prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

Charakteristika kompresorů

Kompresor je energetický stroj pro stlačování plynů a par. V kompresoru se

vynaložená energie mění hlavně v tlakovou energii pracovních látek a

částečně v teplo. Proto patří kompresory mezi stroje hnané a tepelné.

KOMPRESORY KKE Katedra energetických strojů a zařízení

charakteristika

Dělení kompresorů dle způsobu stlačování:

a) objemové – stlačený plyn se získává objemovou změnou pracovního

prostoru kompresoru ΔV → Δp

b) energetické – stlačený plyn se získává změnou kinetické energie v

energii tlakovou ΔEk → ΔEt

charakteristika

a) objemové (statické)

s vratným pohybem prac. elementu

pístové

membránové

s volným pístem

ostatní

rotační

s jedním rotorem

– křídlové

– kapalinokružné

– s valivým pístem

– ostatní

se dvěma a více rotory

– šroubové

– zubové

– ostatní

b) energetické (dynamické, rychlostní)

lopatkové (turbokompresory)

radiální

axiální

diagonální

proudové (ejektory)

KKE Katedra energetických strojů a zařízení

způsoby komprese

Průběh komprese v p-v a T-s diagramu

rovnice polytropické změny stavu: .2211 constvpvpvp nnn

technická práce kompresoru : vdpat

KOMPRESORY

způsoby komprese

1 – A … izotermická komprese (n=1)

.11 constvpvpvp AA

211 ln

způsoby komprese

1 – B … polytropická komprese s odvodem tepla (n<k, q<0)

.11 constvpvpvp n

způsoby komprese

.11 constvpvpvp CC kkk

1 – C … adiabatická komprese (n=k, q=0)

způsoby komprese

1 – D … polytropická komprese s přívodem tepla (n>k, q>0)

.11 constvpvpvp n

Pístový kompresor

Ideální jednostupňový kompresor:

pracuje s ideálním plynem (nevazkým)

nemá žádné ztráty (mechanické, objemové, tepelné, tlakové)

polytropický exponent (n) je konstantní

nemá škodný prostor

pístový kompresor

OBJEMOVÉ KOMPRESORY

Pracovní diagram ideálního kompresoru

pístový kompresor

4 – 1 izobarické sání

1 – 2 stlačování

2 – 3 vytlačování

3 – 4 náhlý pokles tlaku

Pracovní diagram pístového kompresoru se škodným prostorem

pístový kompresor

4 – 1 sání plynu

1 – 2 stlačování

2 – 3 vytlačování stlačovaného plynu

3 – 4 expanze plynu

Vš škodný objem

Vz zdvihový objem

Vs sací objem – skutečný nasátý objem plynu

Technická práce kompresoru se škodným prostorem

pístový kompresor

vynaložená kompresní práce práce získaná expanzí ze škodného prostoru

za předpokladu, že m = n

Skutečný kompresor

pístový kompresor

Tlakový diagram kompresoru se škodným prostorem

a s reálným plynem (indikátorový diagram)

Vícestupňové kompresory

pístový kompresor

Typy pístových kompresorů

pístový kompresor

DnLSiV

D [-] dopravní účinnost

n [s-1] počet otáček (cyklů)

L [m] zdvih pístu

S [m2] plocha pístu

i [-] počet činných ploch

Membránový kompresor

membránový kompresor

křídlový kompresor

DntmDLeV )(2

e [m] excentricita

L [m] délka křídla

D [m] vnitřní průměr statoru

m [-] počet křídel

t [m] tloušťka křídla

n [s-1] otáčky

Křídlový kompresor

kapalinokružný kompresor

DnLhtmeRV )4(

R [m] vnitřní poloměr

vodního prstence

e [m] excentricita

m [-] počet lopatek

t [m] tloušťka lopatek

L [m] délka křídla

h [m] max. délka

neponořené lopatky

n [s-1] otáčky

Kapalinokružný kompresor

kompresor s valivým pístem

DnLrRV )( 22

R [m] poloměr válce

r [m] poloměr pístu

L [m] délka válce

n [s-1] otáčky

Kompresor s valivým pístem

šroubový kompresor

DnzLSSV 1121 )(

S [m2] plochy (kolmé na podélnou

osu rotoru) mezer mezi

zuby hlavního a vedlejšího

rotoru

L [m] délka činné části rotoru

z1 [-] počet zubů hlavního rotoru

n1 [s-1] otáčky hlavního rotoru

Šroubový kompresor

• zmenšení objemu párových komůrek mezi šroubovými zuby

Kompresory typu Roots

zubové kompresory

DnLRV 22

R [m] vnější poloměr rotoru

[-] součinitel využití

pracovního prostoru

L [m] činná délka rotoru

n [s-1] otáčky hlavního rotoru

Charakteristika energetických kompresorů

Turbodmychadla a turbokompresory jsou rotační stroje určené

ke stlačování plynů a par. Stlačování probíhá kontinuálně a dosahuje se

změnou hybnosti plynu v průtočné části stroje.

ENERGETICKÉ KOMPRESORY KKE Katedra energetických strojů a zařízení

charakteristika

výhody

• velmi klidný chod

• jednoduchá obsluha a vysoká spolehlivost provozu

• bezmaznost

nevýhody

• hlučný provoz

• vysoké otáčky

• nejsou vhodné pro malé výkony

použití

• plynárenství, chemický a hutní

• jaderné elektrárny

• spalovací turbíny

• turbodmychadla pro spalovací motory

typy turbokompresorů

Radiální turbokompresor

typy turbokompresorů

Axiální turbokompresor

charakteristika

Charakteristiky turbokompresor

charakteristika

Pole charakteristik

turbodmychadla

Turbodmychadla pro spalovací motory

Tento speciální typ turbodmychadel používaný u spalovacích motorů slouží

ke zvýšení celkového výkonu díky zvětšení množství vzduchu a tím i paliva,

které lze přivést do motoru. Původně bylo toto zařízení navrženo pro letecké

motory, pro zvýšení tlaku vstupního vzduchu ve větších nadmořských

výškách, kde je nižší atmosférický tlak.

Turbodmychadlo se skládá ze dvou částí – turbínové a dmychadlové.

Turbína je poháněna výfukovými plyny vystupujícími z motoru. Je umístěna

na stejné hřídeli jako dmychadlo, které roztáčí až na otáčky 200 000 min-1

(mění se podle otáček motoru). Dmychadlo pak stlačuje vzduch, který

vstupuje do motoru a výrazně tak zvyšuje jeho objemovou účinnost.

Stlačením vzduchu se totiž sníží jeho měrný objem a při zachování stejného

poměru vzduchu a paliva je možné pustit do motoru více paliva. Energie

uvolněná spálením paliva je tak vyšší a to vede k výraznému zvýšení

celkového výkonu.

vlastnosti kompresorů

Vlastnosti kompresorů

a) Kompresory pístové

výhody

• dlouhodobé používání přivedlo tento druh k relativní dokonalosti.

• snadná obsluha i opravy

• široký rozsah použití

– mobilní i stabilní stanice

– výkonnost od nejmenších po 103 m3/hod

• bezmaznost – samomazné pístní kroužky (teflon, uhlík)

nevýhody

• pravidelné kontroly ventilů

• pulzace plynu vyvolané vratným pohybem pístu

• nutnost těžšího nebo odpruženého základu

b) Šroubové kompresory

výhody

• vysoká spolehlivost

– jednoduchá konstrukce

– žádné ventily

• základ není zapotřebí (minimální chvění)

• vysoká životnost

• malý obestavěný prostor

• bezmaznost

• u mazaných kompresorů při vstřikování 5 – 10 kg oleje na 1 kg vzduchu

odpadá nutnost synchronizačního soukolí

nevýhody

• horší účinnost

• vestavěný tlakový poměr

• vysoké otáčky

– citlivost uložení rotorů

– značný hluk

• náročná technologie výroby i montáže

c) Křídlové kompresory

výhody

• jednoduchá konstrukce i výroba

• malá hmotnost i rozměry

• žádné ventily

• malé nebo žádné základy

• dlouhá životnost, malé opotřebení

• provozní spolehlivost

nevýhody

• horší účinnost

• značný hluk

– kompresory bezmazné (se samomaznými křídly), mazané (zmenšení

tření křídel) nebo se vstřikem 5 – 10 kg oleje na 1 kg vzduchu

(vnitřní chlazení olejem)

d) Turbokompresory

výhody

• velmi klidný chod

• malé základy

• jednodušší obsluha i údržba

• vysoká spolehlivost provozu

– dlouhá životnost

– malé opotřebení

– delší intervaly pro revize a opravy

• bezmaznost

nevýhody

• vysoká hladina hluku

• vysoká dolní hranice výkonnosti

• nebezpečí „pumpování“

Regulace

Regulace start – stop

Přerušení přívodu elektrického proudu do motoru

Odpojení kompresoru od motoru vypínací spojkou

Škrcení v sání

Přepouštění z výtlaku do sání

Změna otáček kompresoru

Změna škodného prostoru

Změna směru proudění

regulace

sušení vzduchu

metody sušení:

• kondenzační

(refrigeration dryer)

• sorpční

• regenerující za tepla

(heat regenerated)

• regenerující za studena

(heatless regenerated)

• membránové

(membrane dryer)

Sušení vzduchu

sušení vzduchu

Kondenzační sušiče

sušení vzduchu

Sorpční sušiče

sušení vzduchu

Membránové sušiče

Charakteristika ventilátorů

Ventilátory jsou rotační lopatkové stroje, které jsou určeny pro kontinuální

dopravu plynů (vzdušnin) při malých stlačeních. Stlačení (π = p2/p1) se

obvykle pohybuje v rozmezí 1,01 – 1,10; výjimečně u vícestupňových

ventilátorů až 1,50.

Oběžné kolo ventilátoru předává v průtočné části mechanickou energii

hřídele vzdušnině. Mechanická (rotační) energie se tak mění na kinetickou a

tlakovou.

VENTILÁTORY KKE Katedra energetických strojů a zařízení

charakteristika

Dělení ventilátorů podle celkového dopravního přetlaku na:

a) nízkotlaké (do 1 kPa)

b) středotlaké (1 – 3 kPa)

c) vysokotlaké (3 – 10 kPa)

Pro vyšší dopravní přetlaky se používají dmychadla a kompresory.

Dělení podle průtoku plynu oběžným kolem na:

- radiální oběžné kolo zvýší kinetickou energii vzdušniny, a ta je poté

ve spirální skříni přeměněna na tlakovou energii.

- axiální vzduch proudí ve směru osy otáčení oběžného kola.

- diagonální představuje přechod mezi radiálním a axiálním systémem.

- diametrální nasává vzduch na vnějším obvodu oběžného kola v sacím

hrdle. Vzduch prochází příčně oběžným kolem a opět vystupuje na vnějším

obvodu, odkud je dále vyfukován do výtlačného hrdla. Po obvodě oběžného

kola jsou rozmístěny dopředu zahnuté lopatky.

rozdělení

Při výběru ventilátoru se používají tzv. měrné otáčky podle objemu:

n jsou provozní otáčky stroje [min-1]

Q je objemový průtok [m3/s]

h je tlaková výška [m]

Δpc je celkový přetlak [Pa]

ρ je hustota vzdušniny [kg/m]

g je gravitační zrychlení [m/s]

volba ventilátoru

][min 1

radiální ventilátor vysokotlaký 50 – 160

radiální ventilátor středotlaký 100 – 190

radiální ventilátor nízkotlaký jednostranně sací 140 – 270

radiální ventilátor nízkotlaký oboustranně sací 190 – 390

axiální ventilátor rovnotlaký 270 – 750

axiální ventilátor přetlakový 600 – 2000

Regulace

Změnou otáček ventilátoru

• vysoká účinnost provozu

• polovodičová regulace

Natáčením lopatek oběžného kola

• vysokou účinnost ventilátoru

Škrcení ve výtlaku

• regulační orgán (např. škrticí ventil)

změna směru proudění

• změna směru proudění vzdušniny rozváděcími lopatkami

• axiální ventilátory

regulace

Literatura

CHLUMSKÝ V., LIŠKA A.: Kompresory, SNTL Praha, 1982

KEMKA V., BARTÁK J., MILČÁK P., ŽITEK P.: Stavba a provoz strojů –

stroje a zařízení, Informatorium Praha, 2009, ISBN 978-80-7333-075-0

KRIVÁNKA D., ŽITEK P., MILČÁK P.: Optimalizace řízení adsorpčního

sušiče vzduchu. In ERIN 2009. V Ostravě: VŠB Ostrava, 2009. s. 1 – 6.

ISBN 978-80-248-1982-2

LIŠKA A., NOVÁK P.: Technika stlačeného vzduchu, ČVUT Praha, 1999,

ISBN 80-01-01947-0

KOMPRESORY A VENTILÁTORY KKE Katedra energetických strojů a zařízení

literatura

KKE Katedra energetických strojů a zařízení JADERNÁ ENERGETIKA · 2016-10-04 · KKE Katedra...

Documents