Instalaţia de aer comprimat2

8/3/2019 Instalaia de aer comprimat2

1/20

Instala ia de aer comprimat

Generaliti:Aerul

n antichitate, aerul era considerat o substan pura. Primele indicaii asupra complexitii compoziieiaerului se gsesc n lucrrile alchimitilor chinezi. Dintre acestea Mao-Hoa (secolul VII) da chiarmetode de obinere a oxigenului i dezvolt noiunea de ardere, foarte asemntoare n esen cuconcepiile moderne. n Europa, primul care s-a pronunat asupra compoziiei aerului a fost Leonardoda Vinci, la sfritul secolului XV; confirmrile experimentale dateaz din secolul XVIII.Aerul pe care-l inspiram este parte din atmosfera, amestecul de gaze ce acoper globul pmntesc.Acest amestec de gaze asigur viaa pe pmnt i ne protejeaz de razele duntoare ale solului.

Pmntul este nconjurat de un strat de gaze, numit atmosfera. Acesta este aerul pe care-l inspiram sicare ne apra de efectul duntor al razelor solare.Ce este atmosfera?Atmosfera este format dintr-un amestec de circa 10 gaze diferite, n mare parte din azot (78%) ioxigen (21%). Acel 1% rmas este format din argon, dioxid de carbon, heliu i neon. Toate acesteasunt gaze neutre, adic nu intra n reacie cu alte substane. Mai exista urme de dioxid de sulf,amoniac, monoxid de carbon i ozon, precum si vapori de apa. Conine si poluani, cum ar fi gazenocive, fum, sare, praf i cenu vulcanic.

Compoziia aerului

Dup volum, aerul conine:

78.084%Azot (N2) 20.947%Oxigen (O2) 0.934%Argon (Ar)

0.033%Dioxid de carbon(CO2)

Urme de:

Neon (Ne) Heliu (He) Kripton (Kr) Dioxid de sulf

(SO2) Metan (CH4)

Hidrogen (H2)

Urme de:

Oxid azotic (N2O) Xenon (Xe) Ozon (O3) Dioxid de azot (NO2) Iod (I2) Monoxid de carbon

(CO)

Amoniac (NH3)

Proprietile aerlui:-masa molecular relativ: 28.98 /mol-greutate aer: 1 dm3=1.293 gr-densitate aer uscat la temperaturile:

[C] [kg/m]-25 1.4240 1.292920 1.2047

225 0.7083-densitatea aerului lichid (la -192C):960 kg/m

1
http://ro.wikipedia.org/wiki/Azothttp://ro.wikipedia.org/wiki/Azothttp://ro.wikipedia.org/wiki/Oxigenhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Oxigenhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Argonhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Argonhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Dioxid_de_carbonhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Dioxid_de_carbonhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Neonhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Heliuhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Kriptonhttp://ro.wikipedia.org/w/index.php?title=Dioxid_de_sulf&action=edit&redlink=1http://ro.wikipedia.org/wiki/Metanhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Hidrogenhttp://ro.wikipedia.org/w/index.php?title=Oxid_azotic&action=edit&redlink=1http://ro.wikipedia.org/wiki/Xenonhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Ozonhttp://ro.wikipedia.org/w/index.php?title=Dioxid_de_azot&action=edit&redlink=1http://ro.wikipedia.org/wiki/Iodhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Monoxid_de_carbonhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Amoniachttp://ro.wikipedia.org/wiki/Oxigenhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Argonhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Dioxid_de_carbonhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Neonhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Heliuhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Kriptonhttp://ro.wikipedia.org/w/index.php?title=Dioxid_de_sulf&action=edit&redlink=1http://ro.wikipedia.org/wiki/Metanhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Hidrogenhttp://ro.wikipedia.org/w/index.php?title=Oxid_azotic&action=edit&redlink=1http://ro.wikipedia.org/wiki/Xenonhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Ozonhttp://ro.wikipedia.org/w/index.php?title=Dioxid_de_azot&action=edit&redlink=1http://ro.wikipedia.org/wiki/Iodhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Monoxid_de_carbonhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Amoniachttp://ro.wikipedia.org/wiki/Azot


2/20

-temperatura de fierbere: -192C-aer lichid:Aer obinut la -140.7C si 38,4 at-Cldura specific cp n intervalul de temperatur (0-100)C la presiune normal (1at=101325 Pa) : 1.011 kJ/(kg K)-Cldura specific cv .... : 0.8382 kJ/(kg K)

-Coeficient de dilatare termic pentru intervalul (0-100)C : 3.6710-3 K-1-Masa molecular a aerului este aproximativ de 28,96443 g/mol (masa moleculara a aeruluistandard - CRC, 1983).

Compresoarele sunt maini termice generatoare care comprim gazele sau vaporii consumndenergie mecanic. Dup principiul de funcionare se mpart n dou grupe:- Compresoare cu comprimare volumic la care comprimarea se realizeaz prin micorareavolumului ocupat de gaz cu ajutorul unui organ mobil cu micare rectilinie alternativ, la celecu piston, sau micare rotativ la cele rotative.- Compresoare cu comprimare cinetic la care un rotor transfer gazului energie mecanic

sub form de energie cinetic, transformat ulterior n energie potenial de presiune.Curgerea este radial la compresoarele centrifuge i axial la compresoarele axiale.Compresoarele, indiferent de principiul de funcionare, natura i starea iniial agazului, pot fi caracterizate prin dou mrimi principale:- raportul de comprimare c=p/pa ,pri pa fiind presiunile de refulare i aspiraie alegazului;- debitul volumic aspirat l', raportat la presiunea i temperatura de aspiraiepa i ta .

Utilizarea la bordul navei

Instalaia de aer comprimat permite alimentarea cu aer comprimat a urmtoarelorcompartimente:- compartimentul maini;- atelierul mecanic;- atelierul electric;- chesoane de ap de mare;- filtre de - ap de mare;- combustibil;- ulei;- separatoare;- tifon.

Instalaia de aer comprimat este astfel organizat nct fiecare din compresoareleprincipale poate ncrca oricare din buteliile principale. Buteliile principale sunt montate cu onclinare de 3.Purjarea buteliilor se face prin partea inferioar prin ambele extremiti,manual sau automat. Butelia pentru lansarea motoarelor auxiliare poate fi umplut de laoricare din buteliile principale, de ctre oricare compresor principal sau de la compresorul deavarie. Buteliile sunt prevzute cu manometre montate la locuri vizibile.

ntruct compresoarele pot fi de principii constructive diferite, pentru ntreinerea acestora

se vor respecta instruciunile de exploatare date de furnizor.

2


3/20

Personalul de cart (CM) - personalul de exploatare are n grij efectuarea n mod regulat aoperaiilor de verificare, curire i, dup caz, revizie sau schimbare a filtrelor de aspiraie, ainstalaiei de ungere i a instalaiei de rcire.

Durata ciclului de curire a filtrului de aspiraie este n funcie de gradul de puritate al

mediului nconjurtor. Schimbarea uleiului la compresoare se va face dup numrul de ore defuncionare indicat de firm.Compresoarele de aer navale sunt prevzute cu protecii pe instalaia de ungere i pe

instalaia de rcire.

Construcia compresoarelor cu pistonConstructiv aceste compresoare au, n general, aceleai pri ca ale unui motor cu ardere

intern, n fg.1 este redat o seciune printr-un compresor vertical, unde se pot distinge toateprile lui componente.

Fig. 1. Construcia unui compresor de aer cu piston

3


4/20

1- carterul compresorului; 2- baia de ulei; 3- dispozitiv de aerisire a carterului: 4- sond deulei(joj); 5- supap de refulare; 6- coloana de refulare; 7- chiuloasa compresorului; 8-

supapade sigurana; 9- dispozitiv de blocare a supapei de aspiraie; 10- filtru de aer, cu amortizor de

zgomot; 11- coloan de aspiraie; 12- supap de aspiraie; 13- cilindrul compresorului

(buca);14- segmeni de compresie; 15- pistonul compresorului; 16- biela; 17- manivela; l8- uruburi

de biel; 19- arborele cotit; 20- dispozitiv(lingur) de ungere prin blocaj.

Fig. 2. Clasificarea compresoarelor de aer, dup dispunerea cilindrilor:a - raonocilindrice; b - cu cilindrii n linie; c - cu cilindrii n W; d - cu cilindrii n V la 90; e -

cu cilindrii opui.

Clasificarea compresoarelor cu piston se poate face dup mai multe criterii:a) dup dispunerea cilindrilor (fg.4.3);

b) dup numrul de cilindri (monocilindrice i policilindrice):c) dup numrul de etaje de comprimare ( de la l pn la 5 etaje);d) dup debitul de comprimare:

- cu debite mici. Q< 500 l/min;- cu debite mijlocii, Q= 0,5-10 m3/ min;- cu debite mari, Q= 10-50 m3/ min:

e) dup presiunea maxim de refulare:- cu presiune joas, p 10 daN/cr;- cu presiune medie, p = 10-100 daN/cr:- cu presiune nalt, p = 100-1000 daN/crProcesele de lucru ale compresoarelor cu piston. Pentru explicarea funcionrii proceselor

de lucru dintr-un compresor cu piston se va reprezenta diagrama teoretic i real a cicluluide funcionare pentru un compresor cu o singur treapt de comprimare i pentru uncompresor cu dou trepte de comprimare, n fig.3. se prezint procesele teoretice i reale dincompresor. La compresorul cu piston procesele de aspiraie, compresie i refulare au loc pe

4


5/20

parcursul unei rotaii complete a arborelui cotit, n cadrul ciclului teoretic s-au admisurmtoarele ipoteze:

- nu exist schimb de cldur ntre piesele compresorului i fluidul care se comprim;- nu se produc pierderi de aer prin neetaneiti:- aerul este un gaz perfect.

Rezult c fazele procesului teoretic se succed, urmrind fg. 3. astfel: aspiraia (1-2);comprimarea (2-3); refularea (3-4). Transformarea cuprins pe poriunea (4-1) reprezintdestinderea aerului rmas n spaiul mort (volumul vtmtor), de la presiunea de refulare

pn la presiunea de aspiraie.Diagrama real reprezentat n fig.3 ia n considerare procesele reale din cilindrul compresor.Diferenele dintre cele dou diagrame se explic astfel: presiunea de aspiraie pentru procesulreal este mai mic dect presiunea mediului ambiant, ceea ce permite de fapt ncrcareacilindrului cu aer, iar presiunea de refulare este mai mare dect presiunea din conducta derefulare, fiind necesar pentru nvingerea rezistenelor aerodinamice din clapeii de refulare iconducta de refulare. Pentru a mri presiunea de refulare a aerului, fr a ridica prea multtemperatura s-a recurs la soluia utilizrii unui compresor n dou sau mai multe trepte de

comprimare cu rciri intermediare precum i rcire final.

Fig. 3. Diagramele proceselor de lucru ale compresoarelor cu piston ntr-o treapta decomprimare.

a- diagrama teoretic; b- diagrama real; 1-2 aspiraia; 2-3 comprimarea; 3-4 refularea; 4-1destinderea

5


6/20

Fig.4. Seciune prin compresoare n dou trepte de comprimarea- compresor n doi cilindri; b- compresor cu cilindru i piston diferenial.

Compresorul n dou trepte de comprimare este prezentat n fig. 4.Prin comparaie s-au redat i diagramele ciclului de funcionare pentru un compresor n

dou trepte fig. 5.Diagrama teoretic la un compresor n dou trepte fig. 5a. are urmtoarele faze: aspiraia

aerului la presiune atmosferic (1-2) i comprimarea (2-3) ultima fiind considerat otransformare adiabat. Aerul este apoi rcit n rcitorul intermediar 8, la presiune constant pireducndu-se volumul de la V3 la V4 i apoi este introdus n treapta a doua de comprimareunde presiunea crete pn la valoarea prII punctul 5: refularea aerului (transformare izobar)(5-6): destinderea aerului rmas n spaiul vtmtor (6-1).

In fig. 5b. sunt reprezentate diagramele reale ale celor dou trepte de comprimare aaerului. Se observ c presiunea de aspiraie n treapta a doua punctul 5 este mai mic dect

presiunea de refulare din treapta I (punctul 4), ca urmare a pierderilor de presiune i rciriiintermediare. n fig. 5c. este redat diagrama indicat la ciclul real a compresorului de aer.

6


7/20

Fig. 5. Diagramele proceselor de lucru ale compresoarelor cu piston n doua trepte decomprimare

a- diagrama teoretic; 1-2 aspiraia; 2-3 compresia aerului n treapta I; 3-4 rcireaintermediar a aerului; 4-5 comprimarea n treapta a II; 5-6 refularea aerului din compresor.6-1 destinderea aerului din spaiul mort; pr presiune intermediar ntre cele dou trepte; b-diagrama real; 1-2 aspiraia aerului n treapta I; 2-3 compresia aerului n treapta I; 3-4

refularea aerului n treapta I spre aspiraia treptei a III-a; 4-5 rcirea intermediar a aerului; 5-6 aspiraia ia treapta a II-a; 6-7 compresia n treapta a II a; 7-5 refularea aerului n treapta a II

a; 8-5-l destinderea aerului n spaiul mort; c- diagrama combinat a ciclului real; 1-2aspiraia; 2-3 compresia; 3-4 refularea;4-1 destinderea aerului din spaiul mort.

Dimensiunile principale si debitul compresorului

Dimensiunile principale sunt:D[m] - diametrul cilindrului: c[m] - cursa pistonului: Ap = D2 /4 [m2] suprafaapistonului; Vc = Ap c [m3] - cilindreea unui spaiu activ.

Debitul volumic V [m3/s] este volumul de gaz refulat n unitatea de timp de ctre ultimatreapt, raportat la starea de aspiraie.

V= inVc [m3/s]unde: este coeficientul global de debit: i- numrul de spaii de lucru: n[s-1]- turaia.Debilul masic m[kg/s] este cantitatea de gaz refulat n unitatea de timp de ultima treapt:

m= Vpa=inVcpa [kg/s]unde: a[kg/m3] este cantitatea de gaz n starea de aspiraie.Calculul coeficientului global de debit

7


8/20

n figura 6 se prezint ciclul teoretic i real al compresorului raonoetajat cu spaiu mortavnd volumul VMn calcule preliminare, se poate estima pe baza datelor experimentale,din figura 7 sau cu relaia:

M (1,001 .0,022c)

Fig. 6. Ciclul teoretic i real al compresoruluimonoetajat.

Fig. 7. Coeficientul de debit :a.b -pentru o treapt; c limita inferioar pentru mai multe trepte

unde M = VM/Vc este gradul de umplere teoretic:M=1-M(c1/n2-1)

n care M= VM/ Vc = 0,03 ... 0,12 este spaiul mort relativ.Pentru calcule mai exacte :

= a M c -;a = Va/Vc este gradul de umplere real;

a =M -(l + M) a /n1 M rc1/n2/n2unde: n1 este exponentul politropic mediu la comprimare (pentru aer n1 = 1,3 ... 1,4); n2: estecoeficientul politropic mediul la destindere (pentru aer n2: = 1,1 ... 1,4): n1 i n2 cresc cucreterea turaiei i scad cu mbuntirea rcirii; a , rsunt cderile relative de presiune laaspiraie i refulare. Obinuit, a r= 0,02 ... 0,10, n funcie de rezistena hidraulic asupapelor i de viteza de curgere prin supape; W este coeficientul de reducere al debitului

datorit nclzirii gazului de aspiraie (W s 0,94...0,98);, este coeficientul de reducere al debitului datorit pierderilor prin neetanieti:

8


9/20

e = 0,95-0,97 ;W i e sunt cu att mai mici cu ct c este mai mare.n figura 8 se dau valorile orientative ale lui W i ale produsului W e n funcie de c ;

este coeficientul de reducere al debitului datorit umiditii coninute n aerul aspirat; cndumiditatea se condenseaz:

l-a ps/pa =0,97... 0,99, (4-8)

2 fiind umiditatea relativ a gazului aspirat, iar pS- presiunea parial a vaporilor de apla saturaie; semnul egal corespunde condensrii totale.

Fig. 8. Valori orientative ale lui W i eCalculul dimensiunilor principale la compresoarele monoetajateDatele iniiale pentru calcul sunt V, pa, ta i pr.Pentru un compresor raonoetajat cu i spaii de lucru, acionat la turaia n i avnd un

coeficient de debit , diametrul cilindrului este:

[m]

unde c/D =0,6 ... 1,2: valori mici duc la dimensiuni mari ale compresorului i la vitezemedii reduse ale pistonului cu avantajul micorrii pierderilor de presiune n supape: valorimari duc la efecte contrarii. Dac n i i nu se impun, se calculeaz mai multe variante cuturaiile sincrone.

Soluiile se analizeaz cu urmtorii parametrii de control:- viteza medie a pistonului:

cm =2cn [m /s]cm = 1,8 ... 3,5 (max. 4) la compresoare orizontale cu dubl aciune i cm = 2,5 ... 5 (max 6)

la compresoare verticale:- parametrul de acceleraie:

a = cn2 [m/s]

a = 2,5 ... 6 m/s2, pentru compresoarele lente orizontale i a = 4,5 20 (max50) m/s;pentru compresoarele verticale rapide:

- parametrul de nclzire:i = Fmaxn2 [kN/s2]

Fmax fiind fora maxim exercitat asupra pistonului. Pentru lagre de alunecarei(5,5...23)102 kN/s2 , iar pentru lagre cu rulmeni i (l37...275) 102 kN/s2.Puteri si randamente Puterea teoretic:

P= nVclv = nVclmpa [W]unde l, [J/m3] i lm[J/kg] sunt lucrurile mecanice specifice volumic i masic. Puterea teoretic

poate fi izotermicPiz, adiabatic Pad sau politropic Ppol, dup cum se consider procesul decomprimare teoretic:

lviz = pa lnc [J/m3]

9


10/20

[J/m3]

[J/m3]

unde N i n1 sunt exponenii, adiabatic i respectiv politropic.

Puterea indicat: Pi=Vlv/iunde i este randamentul indicat, n funcie de procesul teoretic de referin, se disting:

randamentul indicat izotermic liz. , adiabatic lad i politropic lpol.La compresoarele pentru aer i gaze procesul teoretic este cel izotermic, iar la

compresoarele frigorifice, cel adiabatic. Ca valori, la compresorul monoetajat liz: = 0,62 ...0,76, funcie de c. iar lad = 0,90 ... 0,97.

Dac se dispune de diagrama indicat:Pi=npiVc

pi [N/m3] fiind presiunea medie indicat il fiind numrul de spaii de lucru la prima treapt, iar - coeficientul global de debit al compresorului, calculat cu relaia :

1 fiind coeficientul global de debit al primei trepte.Cilindreea treptelor urmtoare se calculeaz cu relaia:

[m3]

Pentru aceeai curs la toate spaiile de lucru, diametrele cilindrilor de comprimare latreptele urmtoare se calculeaz cu relaia:

[m3]

Rcirea compresoarelorLa compresoarele cu piston se face att rcirea cilindrilor, ct i rcirea intermediar, i

final a gazului. Rcirea cilindrilor se impune pentru micorarea solicitrilor termice,mbuntirea ungerii i reducerea consumului de ulei, iar cea intermediar, pentru rcireagazului pn aproape de temperatura iniial.

Cilindrii se nervureaz n exterior n cazul rcirii cu aer (la uniti mici), sau sunt prevzuicu cmi n cazul rcirii cu ap. Fluxul de cldur evacuat prin cilindru poate fi calculatorientativ pentru treptele de joas i medie presiune cu relaia:

Qcil(045 ...0,20) Pi [W]iar pentru treptele de nalt presiune:

Qcil s (045 ...0,20) Pi [W]Rcirea intermediar i final se face n rcitoare cu aer, la unitile mici, sau cu ap, lacele mari. Rcitoarele cu ap se realizeaz cel mai frecvent cu fascicule de evi n manta.Fluxul de cldur realizat se estimeaz cu relaia:

QPI = (0,8 ... 0,9) P t/tmax [W]PIfiind puterea indicat a treptei din amonte: t - cderea de temperatur efectiv; t -

cderea de temperatur corespunztoare readucerii gazului la temperatura de aspiraie dinprima treapt. Pentru evitarea depunerii de piatr se recomand ca temperatura apei de rcirela ieirea din sistemul de rcire s nu depeasc 40 C.

Distribuia compresoarelor cu piston

10


11/20

Obinuit, pentru distribuie se utilizeaz supape automate, cel mai adesea cu plci inelare(fig.9). La pompele cu vid cu piston, se folosesc, uneori, sertare comandate la aspiraie. Dinmotive tehnologice, supapele de aspiraie i de refulare sunt, adesea, identice.

Seciunea necesar de trecere prin scaunul supapei:As = Ap cm/cs [m2]

unde c, este viteza medie prin scaun. Pentru compresoarele cu aer, c, se d n tabelul 1.

Tabelul l Viteza admisibil n supape:

Fig. 9. Supape cu plci inelare:a - supap de refulare cu resoarte mari: b supap de aspiraie cu resoarte mici;

nlimea de ridicare a plcilor inelare sau band:hmax =(0.10...0.25)bs, [mm]

bs [ram] fiind limea canalului: obinuit b = 3 ... 15 mm i hmax = 1,5 ... 3,5 mm. n figura10. se d hmax recomandat, n funcie de viteza unghiular [rad s-1] pentru diverse presiuni.

Fora n resort la ridicarea maxim a plcii, raportat la As, se admite 10 - 30 kN/nr, iar laaezarea plcii pe scaun 0,6 - 0,8 din valorile de mai sus. Viteza de aezare a plcii pe scauncp0,2 m/s.

11

Pmax [bar] 10 30 100

cs [m/s]35-25

25-20

20-15


12/20

Fig. 10. nlimea maxim de ridicarea plcii supapei.

Reglarea debitului.

Metode de debit nul: a) opriri periodice (max. 15 30 pe or): se aplic numai n cazulunitilor mici, acionate electric: b) mers n gol. Se realizeaz prin: deschiderea supappei deaspiraie: conectarea unui spaiu mort suplimentar; descrcarea printr-un ventil aezat ntresupapa de refulare i un ventil de reinere montat pe conducta de refulare: nchidereacomplet a conductei de aspiraie.

Metode de debit redus n trepte: a) trecerea la mers n gol a unui numr variabil de spatiide lucru; b) variaia turaiei n trepte; c) conectarea succesiv a unor spaii moartesuplimentare; d) ventile de descrcare plasate de-a lungul cursei pistonului.

Metode de debit redus, continuu: a) variaia turaiei; b) deschiderea comandat a supapeide aspiraie prin fraciuni variabile ale cursei de comprimare i refulare: c) variaia mrimii

spaiului mort suplimentar: variaia momentului conectrii spaiului mort suplimentar: e)variaia seciunii orificiului de conectare al spaiului mort suplimentar: f) strangularea pariala aspiraiei.

Procedeele cele mai economice sunt: oprirea periodic, variaia turaiei, conectarea unorspaii moarte suplimentare, ridicarea supapei de aspiraie.

Acionarea compresoarelor

Alegerea motorului de acionare depinde de situaia energetic a locului unde se va utilizacompresorul. Se folosesc: a) motoare termice la compresoarele de avarie: b) motoareelectrice de curent continuupentru compresoarele unor vehicule: b) motoare electrice decurent alternativpentru compresoarele principale i compresoarele auxiliare. Pentru puteri

pn la 100 kW, se folosesc motoarele asincrone n scurtcircuit sau bobinat, naintea pornirii,compresorul se descarc prin unul din procedeele de trecere la mers n gol i se pune nfunciune sistemul de rcire i de ungere (dac este acionat independent). Pentru unele navesunt prevzute i corapresoare de avarie acionate manual care sunt astfel dimensionate ncts permit umplerea buteliei de aer lansare motoare auxiliare n 45 rain.

Compresoare, suflante i pompe de vid volumice rotativeGeneraliti

Cuprind o gam de construcii la care, prin micarea de rotaie a unui rotor sau a doi rotoricu o anumit geometrie, se realizeaz spaii de lucru (camere, celule) avnd volume cevariaz n timpul rotaiei. Creterea volumului permite realizarea aspiraiei, iar micorarea luiasigur comprimarea i refularea. La camerele de volum constant, comprimarea se produce

practic izocor n timpul refulrii (comprimare exterioar). Se pot realiza astfel de spaii delucru prin urmtoarele sisteme:

- cu un singur motor excentric cu palete sau plac culisant: compresoare si pompe de vidmulticelulare, cu piston rostogolitor, cu inel de lichid etc,

- cu doi sau mai muli rotori cu profile identice ce se rostogolesc n sens contrar. suflantaRoots etc.

- cu doi sau mai muli rotori cu profile diferite, conjugate: suflanta Jaeger (cu rotor de

distribuie), compresorul Lisholra (elicoidal) etc.

12


13/20

Circulaia gazului are loc ntr-un singur sens, ceea ce permite nlocuirea supapelor cuferestre. Fa de mainile cu piston prezint i avantajul eliminrii forelor de inerie, lamasele cu micare de translaie ceea ce permite turaii mai ridicate cu reducereadimensiunilor de gabarit i micorarea fundaiilor. La mainile fr atingere ntre rotori (cuinterstiii), nu este necesar ungerea interioar, deci se obin gaze curate.

Reglarea debitului: se face prin conducte i robinete de ocolire, prin strangularea aspiraieisau variaia turaiei.

Compresoare Roots

Sunt compresoare de aer cu pistoane rotative montate pe dou axe denumite icorapresoare cu pinioane (compresoare de tip Roots). Acest tip de compresoare sunt compusedintr-o carcas 7 n care se gsesc dou rotoare profilate 2, sub forma unor lobi. Rotoarelesunt acionate sincron de o pereche de roi dinate prin intermediul axelor4.

Fig. 11. Seciune printr-un compresor cu lobi i diagrama teoreticA- compresorul cu lobi;B- diagrama teoretica; 1- carcas; 2- roior profilat; 3- axele deacionare; 4- cantitate de aer supui comprimrii; .6.7.5- capetele rotoarelor; 9.10.11.12-

muchiile carcasei: 13 - racord de aspiraie; 14- racord de refulare;15- suport compresor,pa -presiune de aspiraie;pt-presiune de refulare

La acest tip de compresoare nu se realizeaz de fapt o comprimare a aerului, neexistndspaiul de compresie, ci doar o mpingere a aerului dintr-o parte in alta. Cnd unul dintrerotoare efectueaz umplerea cu aer atmosferic, cellalt realizeaz pomparea la presiuneafinal, n fig. 11. este prezentat principiul de funcionare al acestor compresoare. Astfel nzona haurat 4. de sub rotorul inferior. reprezint o cantitate de aer care se consider aspiratde rotorul inferior. Pomparea aerului (refularea) ncepe cnd capul 6trece de muchia 10 acarcasei. Refularea aerului se termin cnd capul 5 ajunge n dreptul muchiei 10. Un proces

similar poate fi explicat i pentru rotorul superior.

13


14/20

Profilele retorilor constau din arce de cerc n partea convex i din epicicloide, aproximateprin arce de cerc. Necesit o precizie ridicat de execuie. Pentru mrirea uniformitiirefulrii i pentru reducerea zgomotului, rotorii cu trei lobi se realizeaz cu profile rsucite de60.

Avantaje: construcie simpl, gabarit mic, ntreinere uoar.

Dezavantaje: debitare pulsatorie, funcionare cu zgomot, randament redus datoritcomprimrii practic izocore.

Utilizri: comprimarea aerului pentru splarea sau supraalimentarea motoarelor:transporturi pneumatice: pompe de vid pentru depresiuni reduse (max 40 - 50 vid) etc.Caracteristici: K =0,008 ... 12 m/s; c= 1,05 ... 1,2; n = 3 ... 200 rot/s; u2=Dn = 8 ... 40

m/s; ca= Cr= 30 m/s.Calculul debitului:

V=2(D2/4-Ap)Ln=1/2KD2Ln [m/s]unde D [m] este diametrul rotorului: Ap[m2] - aria profilului rotorului: L [m] lungimea

axial a rotorilor: n[rot/s] - turaia: - coeficientul de debit: K =1 - 4Ap/D3- coeficientul deutilizare al volumului carcasei.

Compresoare elicoidale

Compresoarele cu urub au pistoane rotative montate pe doua axe paralele. Sunt ntlnite isub denumirea de compresoare cu pistoane axiale. Aceste compresoare fig.12 sunt formatedintro carcas1 i dou rotoare sub forma unor uruburi care sunt rotite n sensuri contrare dedou roi dinate de angrenare prin intermediul axelor 2. Rotoarele nu se ating ntre ele. Unrotor are profilul convex i un numr de patru dini iar cellalt rotor ase dini. Aerul ptrunden compresor prin racordul 5 n spaiul de lucru 6, format din cavitatea dintelui rotorului 4,

peretele carcasei 1 i proeminena dintelui rotorului 3. Prin rotire aerul este mpins n direcie

axial producndu-se comprimarea pn la captul rotoarelor, dup care se va evacua prinracordul 7.

14


15/20

Fig. 12. Compresor elicoidal, principiul de funcionare.l- carcasa compresorului; 2- axe de antrenare; 3- rotor principal cu profil

convex; 4- rotor secundar cu profil concav; 5- racord de aspiraie; 6- spaiude lucru; 7- racord de evacuare.

Numrul lobilor este cuprins intre 2 i 8, crescnd cu raportul de comprimare, egal sauneegal la cei doi rotori. Adesea,z1= 4 iz2= 6. cei doi rotori se rotesc cu turaii invers

proporionale cu z, prin intermediul unui angrenaj de sincronizare.Profilele utilizate mai frecvent sunt: cicloidal simetric, cicloidal asimetric i mai ales,

circular simetric (din motive tehnologice). Aspiraia i refularea se fac prin ferestrele

practicate n pereii frontali sau laterali. Presiunea de comprimare interioar depinde degeometria rotorilor i amplasarea ferestrei de refulare. Funcionarea pe o reea cu presiunediferit duce la salturi de presiune izocore, cu consum energetic suplimentar.

La raporturi mari de comprimare, carcasa este prevzut cu cmi se rcire cu ap, iar launele construcii rotorii sunt nclzii n interior cu ulei. Se practic i rcirea gazului prininjectarea de ulei sau de ap n spaiul de lucru.

Avantaje:pstreaz puritatea gazului (la mers uscat); siguran mare n funcionare:dimensiuni de gabarit i mase foarte mici, comparabile cu cele ale turbocompresoarelor,avnd, ns, fa de acestea avantajul unor caracteristici stabile (fr zon de pompaj) fa desuflantele Roots, la aceeai turaie, dimensiunile sunt ceva mai mari. dar compresoareleelicoidale permit turaii de 2 - 3 ori mai mari i pentru c > 1,1 ... 1.3 au randamente

adiabatice mai mari.

15


16/20

Dezavantaje: tehnologie complicat: zgomot n funcionare, care la turaii nalte seatenueaz prin filtre acustice i amortizoare.

Utilizri: comprimarea aerului: transporturi pneumatice; supraalimentarea motoarelor.Caracteristici: f=0,007 ... 12 m3/s: n = 25 ... 250 rot/s i chiar 500 rot/s la debite foarte

mici: max =4 pentru o treapt, la mers uscat si max = 8 cu injectare de ulei. Pentru c>6 se

trece la dou trepte: ca pomp de vid realizeaz vid de 90%: cad = 0,5 ... 0,82; l=dn =75...125 m/s.

Compresoare i suflante centrifuge

Antrenarea i comprimarea gazului are loc sub aciunea forei centrifuge, dezvoltat dectre un rotor paletat. La comprimarea gazului contribuie i transformarea n stator a energieicinetice a gazului n energie potenial de presiune.

Suflantele se construiesc pentru g = 1,06 ... 3 (max. 4), pentru V = 0,15 ... 90 m3/s laturaii n=50 ... 1000 rot/s. Se construiesc fr rcire, cu l - 4 trepte. Se utilizeaz pentrusupraalimentarea motoarelor cu ardere intern: alimentarea cu aer a camerelor de ardere ale

turbinelor cu gaze staionare sau mobile, transporturi pneumatice, n instalaii de ventilaie.Compresoarele centrifitge se construiesc pentru g = 3 ... 15 (max. 35), la V= 0,5 ...55 m3/s

i n = 50 ... 350 rot/s, cu un numr corespunztor de trepte, aezate ntr-un singur corp (max.15), n dou sau chiar n trei corpuri (fg.13.). Pot fi: a) cu rcire exterioar n rcitoriintermediari, dup grupe de 2 - 4 trepte: b) cu rcire interioar realizat cu cmi de rcire n

jurul canalelor din stator; sau c) cu rcire combinat.Utilizri: n instalaii de ventilaie compartimente maini, supraalimentarea motoarelor n

general aceleai ca i n cazul compresoarelor volumice, la debite mari i foarte mari ipresiuni moderate, domeniu n care sunt net superioare.

Avantaje: datorit lipsei forelor de inerie i a supapelor, turaiile de lucru pot fi foartemari, rezultnd dimensiuni de gabarit mici, fundaii reduse, numr mic de repere. Nefiindnecesar ungerea interioar, temperaturile de lucru sunt limitate numai din considerente derezistena materialelor.

Dezavantaje: randament redus la debite mici, variaia presiunii de refulare cu debitul,fenomenul de pompaj, numr mare de trepte.

16


17/20

Fig. 13. Compresoare centrifugale

Analiza defeciunilor compresoarelor, constatate n diagrama indicat

O diagram real a funcionrii unui compresor ntr-o singur treapt de funcionare sepoate obine cu ajutorul unui aparat indicator de luat diagrame: aparatul indicator va aveamontajul cerut de parametrii de funcionare ai compresoarelor. Dup alegerea corect a

pistonaului, a resortului i a riglei de msurare, aparatul poate fi montat pe compresor.O diagram real, ridicat corect, arat c n figura 14, n care sunt prezentate toate fazele

ce au loc n procesul de lucru ai compresorului: a-b faza de compresie: b-c refularea: c-ddestinderea: d-a aspiraia. Defeciunile observate pe diagrama ridicat cu ajutorulindicatorului pot fi defeciuni datorate procesului de lucru din compresor sau defeciuni

datorate aparatului indicator . n cele ce urmeaz vor fi analizate doar defeciunile datorateprocesului de lucru.

17


18/20

Pentru interpretarea diagramelor prezentate, diagramele cu defeciuni au fost trasate culinii continue, iar diagramele indicate normale au fost trasate cu linii ntrerupte. In figura 15.este reprezentat o diagram indicat cu spaiul mort mrit. Datorit acestui volum mritaerul comprimat se destinde n acest spaiu, iar aspiraia ncepe mai trziu ducnd lareducerea debitului.

Cnd supapa de refulare se blocheaz, diagrama ridicat arat ca n figura 16. Punctul bcare indic sfritul compresiei se situeaz deasupra nceputului refulrii normale, rezultnd o

presiune mai mare la nceputul refulrii. Cursa de aspiraie este mai redus din cauzaptrunderii aerului comprimat din conducta de refulare n cilindru ceea ce duce la mrirealucrului mecanic consumat i reducerea debitului de aer comprimat. Dac supapa de aspiraiese blocheaz, diagrama indicat arat ca n figura 17 n acest caz att supapa de aspiraie cti cea de refulare se deschid cu ntrziere fapt care face ca la nceputul cursei de comprimareo parte din aerul aspirat sa fie evacuat din cilindru napoi n conducta de aspiraie ( deoarecesupapa de aspiraie este nc deschis, punctul a se deplaseaz n punctul b). iar depresiuneala nceputul aspiraiei se mrete: n consecin debitul de aer comprimat se reduce, iartemperatura aerului se mrete, n figura 18 este prezentat o diagram indicat a unui

compresor la care supapa de refulare este neetan. Aerul comprimat care se gsete nconducta de refulare ptrunde n cilindru, ceea ce are ca efect mrirea suprafeei diagramei

prin curbarea liniei de comprimare n sus i reducerea cantitii de aer aspirat.n cazul cnd n coloana de aspiraie a compresorului apare o anumit rezisten, diagrama

arat ca n fig.19. Cauzele apariiei acestei rezistente pot fi:deschidere incomplet a supapeide aspiraie: murdrirea filtrelor nfundarea rcitoarelor intermediare sau nfundarea parial aconductelor de ap. n acest caz diagrama indic o depresiune mai mare.

Fig. 14. Fig.15

Fig. 16. Fig. 17

18


19/20

Fig. 18. Fig. 19.

Dac rezistena apare pe coloana de refulare diagrama indicat arat ca n figura 20 undeapare mrit poriunea de refulare. Cauzele apariiei acestei rezistene pot fi: deschiderea

incomplet a supapei de refulare sau nfundarea rcitoarelor intermediare, n figura 21 esteprezentat o diagram indicat n cazul cnd resortul supapei de refulare este prea rigid,necesitnd o for prea mare pentru deschiderea supapelor.

Fig. 20. Fig.21.

In diagram, valoarea presiunii de refulare crete peste valoarea normal. O diagramaparte este redat n figura 22 n care att arcurile supapelor de aspiraie i de refulare nu suntcorespunztoare sau sunt prea moi. n acest caz curbele de aspiraie i de refulare prezintforme ondulatorii care reprezint variaii de presiune nsoite de vibraii ale organului de

etanare. Specific acestor defeciuni este faptul c suprafaa diagramei este mrit rezultndun consum sporit de lucru mecanic.

Fig. 22.

19


20/20

20

Instalaţia de aer comprimat2

Documents

Transcript of Instalaţia de aer comprimat2