Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương VI: Khái niệm chung máy nén 180 CHƯƠNG VI: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY NÉN 6.1- KHÁI NIỆM CHUNG 6.1.1-Định nghóa Máy nén máy để nén khí với số tăng áp  > 1,15 có làm lạnh nhân tạo nơi xảy trình nén khí Công dụng máy nén nén khí di chuyển khí nén đến nơi tiêu thụ theo hệ thống ống dẫn Máy nén dùng để tháo khí từ bình chân không nén chúng đến áp suất khí áp suất lớn hơn, gọi bơm chân không h Các thông số đặc trưng cho làm việc máy nén là: lưu hi Minthể tích Q (thường lượng C  = p2/p1, tính điều kiện hút), áp suất đầu p1 áp suất cuối p2thoặc Ho số tăng áp TP hệ thua số vòng quay n công suất N trục máy nén Ky pham H Su 6.1.2-Phân loại máy nén ng D Truo chia máy nén làm loại: * Theo nguyên lý làmight ©có thể việc opyr C o Máy nén thể tích o Máy nén cánh dẫn o Máy nén phun tia * Theo kết cấu Máy nén thể tích có loại: o Máy nén piston o Máy nén roto Máy nén cánh dẫn có loại: o Máy nén ly tâm o Máy nén trục Ngoài chia máy nén thành nhóm theo dạng chất khí làm việc, theo dạng truyền dẫn, … 6.1.3- Sơ đồ kết cấu số máy nén điển hình * Máy nén piston ( piston với cấp nén) Với chuyển động tịnh tiến lên xuống piston, trình sau thực hiện: Dãn nở, Hút, Nén, Đẩy Phương pháp tác dụng máy nén piston dựa vào thải khí piston, cho Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương VI: Khái niệm chung máy nén 181 phép xây dựng kết cấu với đường kính hành trình piston nhỏ, có áp suất lớn lưu lượng bé uat T y th am K Chi P Ho h Min u ph DH S g ruon t © THình 6.1 – Máy nén piston h yrig Copng phẳng: * Máy nén roto Hình 6.2 – Máy nén roto dạng phẳng Vỏ Roto Các phẳng Ống hút Ống đẩy Khi roto quay, rãnh dọc roto, phẳng tự di chuyển, khí điền đầy khoảng không gian cánh mang từ ống hút đến ống đẩy thải hệ thốâng ống dẫn Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương VI: Khái niệm chung máy nén 182 Trục roto máy nén nối với trục động khởi động cách trực tiếp không cần truyền động Điều làm cho máy giản tiện, dễ dùng làm giảm khối lượng máy * Máy nén ly taâm: uat T y th am K Chi P Ho h Min u ph DH S y neùn ly tâm Hìnhg – Má ruon 6.3 t©T h yrig Cop Nguyên lý làm việc tương tự bơm ly tâm Trục máy nén ly tâm nối với trục động khởi động (động điện tuabin nước) trực tiếp, qua truyền dẫn học để tăng số vòng quay trục máy nén nhằm giảm kích thước máy nén giảm khối lượng giảm giá máy * Máy nén trục: Hình 6.4 – Máy nén trục Cánh dẫn công tác (cánh dẫn động) Roto Cánh dẫn hướng dòng Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương VI: Khái niệm chung máy nén 183 Kết cấu gồm roto có gắn cánh dẫn làm việc, vỏ có gắn cánh dẫn hướng dòng cố định Khí hút vào ống hút, chuyển động dọc trục đồng thời bị nén cấp nén cánh dẫn Qua ống đẩy khí đẩy vào hệ thống ống dẫn đến nơi tiêu thụ Để khởi động máy nén trục dùng động điện, tuabin nước tuabin khí 6.2 - NHIỆT ĐỘNG HỌC MÁY NÉN 6.2.1- Quá trình nén khí a- Phương trình Lý thuyết đơn giản máy nén dựa thuyết nhiệt động học khí lý tưởng thỏa mãn phương trình: h Min(6.1) Chi Khi áp suất cuối trình nén khí lớn 106N/m2 dùng phương trình trạng thái P Ho uat T khí thực: y th am K u ph (6.2) p = Z..R.T DH S g ruon Z - hệ số nén được, giá trị thực t © T m phụ thuộc vào đại lượng không thứ nguyên p/pgh ighnghiệ opyr C T/Tgh p = .R.T b- Các qúa trình nhiệt động sử dụng thuyết máy nén Khi kết hợp sử dụng định luật thứ nhiệt động học phương trình trạng thái khí lý tưởng, ta thu phương trình trình nén dãn nở xảy máy nén: * Quá trình đa biến: p  const n hay pv n  const (6.3) * Quá trình đoạn nhiệt: p  const k hay pv k  const (6.4) * Quá trình đẳng nhiệt: p  const  hay pv  const (6.5) Quá trình đa biến dạng tổng quát trình nhiệt động học xảy máy nén phụ thuộc vào điều kiện bên bên với số n = 1,15  1,8 Quá trình đoạn nhiệt qúa trình trao đổi nhiệt với môi trường bên ngoài; trình có tạo nhiệt lượng bên công ma sát khí tạo xoáy Quá trình đoạn nhiệt cách nghiêm ngặt thu máy nén cách ly nhiệt cách hoàn toàn dòng khí với môi trường bên Quá trình đẳng nhiệt đặc trưng cho trạng thái đẳng nhiệt trao đổi nhiệt với môi trường bên tạo lượng bên ảnh hưởng ma sát khí dòng chảy Trong máy nén thực, trình đẳng nhiệt xảy Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương VI: Khái niệm chung máy nén 184 c- Đồ thị T-S p-v * Đồ thị T-S: Các trình nêu tiện biểu thị đồ thị trục T-S ight opyr C uo © Tr HS ng D uat T y th am K u ph Chi P Ho h Min Hình 6.5 – Đồ thị T-S Ở ta đưa dạng trình nén: o Quá trình đa biến n < k đặc trưng cho máy nén có trình làm lạnh mạnh nước (hình 6.5 a) ( máy nén thể tích) o Quá trình đa biến n > k đặc trưng cho máy nén có trình làm lạnh yếu nước làm lạnh không khí (hình 6.5 b) (máy nén cánh dẫn) Quá trình đẳng entrôpi với S = const (hình 6.5 c) Quá trình đẳng nhiệt với T = const (hình 6.5 d) * Các trình c, d máy nén thực vì: o Sự tạo thành nhiệt lượng công ma sát khí bên xuất lớn o Không thể làm kết cấu hệ thống lạnh máy nén hệ thống đảm bảo trình nén khí với nhiệt độ không ñoåi Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương VI: Khái niệm chung máy nén 185 Do thuyết máy nén, hai trình sử dụng để đánh giá hiệu suất lượng máy nén Quá trình nén trường hợp đường 1-2 Trong trường hợp a,b trình nén (áp suất tăng) dẫn theo thay đổi entrôpi tăng nhiệt độ khí; entanpi tăng Trong qúa trình nén đa biến với n < k: - đường 1-2 trình nén xảy vùng làm việc (trong xilanh, rãnh bánh công tác vỏ) máy nén; - đường 2-3 trình làm lạnh đẳng áp khí nén khỏi máy nén, trình xảy phận làm lạnh máy nén mạng lưới ống dẫn Theo định luật bảo toàn lượng: công mà máy nén cung cho dòng khí trình nén dãn nở khí (không kể tới tổn thất khí), tổng nhiệt lượng lấy từ khí h trình nén trình làm lạnh đẳng áp Min Chi P Ho Ta sử dụng định nghóa entrôpi trình nhiệt động bản: uat T y th dQ am K dS  u ph DH S T ng Truo t ©ta có: Đối với đường 1-2 yrigh 2-3, Cop Q12   TdS vaø Q 23   TdS Biểu thức dấu tích phân phân tố diện tích trình nén làm lạnh, biểu diễn đồ thị T-S Suy ra, lượng lượng đơn vị cung cho khí để thực trình nén dãn nở khí tổng diện tích 1-2-5-6 2-3-4-5 Khi nén khí theo đa biến với n > k, thường đặc trưng cho máy nén với làm lạnh không khí nước cường độ thấp, diện tích 1-2-6-5 trình nén đa biến 1-2 lượng nhiệt tạo thành dòng chảy ma sát khí tạo xoáy Năng lượng cung cho máy nén, dùng để chi phí cho trình máy nén (nén dãn nở) cho công ma sát khí dòng chảy Công trình máy nén diện tích 12-3-4-5 Suy ra, lượng toàn phần mà máy nén chi phí (không kể lượng sản để khắc phục tổn thất khí tổn thất lưu lượng), biểu thị diện tích 2-3-4-6 (hình b) Nếu trình máy nén xảy theo đẳng entrôpi 1-2’ hao tổn lượng toàn phần diện tích1-2’-3-4-5, tức nhỏ diện tích 2’-2-6-5 Suy ra, tăng lượng, mà máy nén hao tổn, chuyển từ trình đẳng entrôpi sang trình đa biến thực với n > k, gây nên tăng tiêu thụ lượng diện tích 2’-2-6-5 Rõ ràng, diện tích 1-2’-2 lượng hao phí phụ trình nén trình dãn nở thể tích, xuất kết qủa trình làm nóng khí a1t tạo xoáy Đối với trình đẳng entrôpi đẳng nhiệt đồ thị T-S (hình c, d) minh họa sử dụng Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương VI: Khái niệm chung máy nén 186 Năng lượng hao tổn trình nén đẳng nhiệt nhỏ (hình d), biểu thị diện tích 1-2-4-5 * Đồ thị p-v: số trường hợp trình máy nén tiện biểu thị đồ thị pv HS ng D uat T y th am K u ph Chi P Ho h Min uo © Tr Hình 6.6 – Đồ thị p-v ight yr Cop Đường 1-2, trình nén đa biến với n < k; Đường 2-3, trình làm lạnh, trình cách lý thuyết xảy theo đường đẳng áp p = const, thực tế có lệch khỏi đường đẳng áp Đường 1-2’, biểu thị trình nén đẳng entrôpi; Đường 1-2’’, biểu thị trình nén đẳng nhiệt; Đường 1-2’’’, biểu thị trình nén đa biến với n > k 6.2.2- Phương trình lượng (công nén) a- Công nén trình đa biến Năng lượng L, hao tổn trình máy nén, nén dãn nở 1kg khối lượng khí, biểu diễn diện tích đồ thị p-v diện tích giới hạn đường đẳng áp với áp suất đầu p1 áp suất cuối p2, đường nén đa biến trục tọa độ (hình 6.6) Đối với trình đa biến, ta có: L    pdv  p v  p1 v1 ; (6.6) (dấu trừ trước dấu tích phân biểu thị p,v nghịch biến) n Từ phương trình nén đa biến p.v n  p1 v1 , ta coù: p  n p1 v1 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương VI: Khái niệm chung máy nén 187 Thay vào phương trình (6.6), ta được: L   p1 v n dv v n  p v  p v 1 Ta tiến hành biến đổi nhö sau: 2 dv v  n 1  1   n 1  n 1    v  n dv     n 1 n 1 v2 v1    Số hạng thứ phương trình (6.6) là: 2 n   pdv  p1 v  1 n dv  p v n p1 v1  n 12  n 1  n 1 v2 v1     n  p v  p1 v1   h Min Chi Ho L p v  p1 v1   p v  p1 v1 thun t TP2.v  p1v1  a p n 1 Ky n  pham S p v H u n  n   p1 v1ruo2 g2 D 1  n ht © T  p1 v1   yrig op C Ta sử dụng công thức nhiệt động học sau: Vậy biểu thức lượng trình đa biến là:  v2  v  1 n  p    p2  v  p1  n  p      p  v1  p   1   hay p    p   1  n p  p  1     Như vậy: p v2 p  p1 v1 p1 Hay: n p  p       n n 1 n n 1    p2  n n    1 L p1 v1    p1  n 1      (6.7) Mối liên hệ áp suất nhiệt độ trình đa biến xác định tỷ số: n p  T2  p1  T1  Vì vậy: L  n 1    T  n p1 v   1 T  n 1   Kết hợp phương trình trạng thái p1 v1  RT1 ta được: Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn (6.8) (6.9) Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương VI: Khái niệm chung máy nén 188 n R T2  T1  n 1 L (6.10) b- Công nén trình đẳng entrôpi (đẳng nhiệt) Phương trình đa biến đẳng entrôpi (6.3) (6.4) hoàn toàn tương tự, khác số Vì trình đẳng entrôpi ta viết phương trình: L de  p k  p v   p k 1   Nếu áp dụng tỷ số: Ta coù: p  T2de    p1  T1        k 1 k   1    (6.11) k 1 k T  k L de  p1 v1  2de  1  T  k 1   (6.12) uat T y th am K Chi P Ho h Min (6.13) k u ph (6.14) R T2 de  T1H S D k  Truong © ight opyr C C Mà ta biết R  C p  C v vaø k  p Do phương trình (6.14) viết là: Cv Hay: L de  L de  C p T2 de  T1   i de  i1 (6.15) Phương trình biểu diễn công trình đẳng entrôpi máy nén theo entanpi đầu cuối khí bị nén c- Công nén trình đẳng nhiệt Từ đồ thị p-v, ta có: pv  p1 v1  p v Thay vaøo phương trình (6.6), ta có: L dn    pdv Mà trình đẳng nhiệt, thỏa mãn biểu thức: pv  p1 v1  p  p1 v1 v Suy ra: p v v dv  p1 v1 ln v  p1 v1 ln  p1 v1 ln  p1 v ln p1 v2 v1 v L dn  p1 v  Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương VI: Khái niệm chung máy nén Hay ta coù: L dn  p1 v1 ln 189 p2 p1 (6.16) Ta có nhận xét rằng: biểu thức viết cho phép ta xác định tiêu hao lượng để trì trình máy nén, không cho ta biết phân bố lượng tiêu hao cho thay đổi thông số riêng rẽ trình Để xác định phân bố lượng cho thay đổi thông số, ta sử dụng điều kiện bảo toàn lượng: lượng tiêu hao trình máy nén dùng để thay đổi entanpi, động khí để khắc phục mát vào môi trường bên Điều kiện viết dạng tổng quát phương trình cân lượng trình máy nén: c1 c2 i1   L  i2   q 2 (6.17) nh Mi Chi Ho 2 c  c1 c  c1 uat TP 2 Hay laø: L  i  i1  (6.18)  q  C p T2  T1   y th  q am K u ph DH S n sử dụng thông số hãm: * Trong lý thuyết tính toán uony nén cò má g r t©T Nếu dòng khíyrigh entrôpi có nhiệt độ T vận tốc C hãm cách hoàn toàn, đẳng Cop tức động biến thành nhiệt lượng nhiệt độ khí tăng lên đến T*, T*được gọi nhiệt độ hãm Lúc cân lượng là: Cp T  => c2  C pT  T  T  c2 2C p (6.19) Vậy: lượng riêng trình đẳng entrôpi biểu diễn theo nhiệt độ hãm là:     L de  C p T2  T1  i   i1 (6.20) Áp suất hãm xác định theo công thức: k  T  k 1   p  p T   (6.21) 6.2.3- Công suất máy nén N .Q.L ; 1000. o  CK kw Trong đó: Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn (6.22) Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương VI: Khái niệm chung máy nén 193 Hình 6.7 – Sơ đồ nén nhiều cấp 1,2 – Thiết bị lạnh 3,4,5 – Cấp máy nén Sử dụng máy nén có cấp với làm lạnh khí thiết bị lạnh (TBL) cấp đưa lại tiết kiệm lớn lượng phải tiêu hao để dẫn động máy nén Điều thấy h đồ thị T-S nrõ i Mi h p-v máy nén cấp: Ho C TP huat Ky t pham H Su ng D Truo © ight opyr C Hình 6.8 – Đồ thị T-S p-v nén hai cấp Nếu trình nén tiến hành cấp, đường nén biểu thị đường đa biến có n > k : 1-2 Khi nén khoảng áp suất ấy, cấp biểu thị đường gấp khúc 1’2’-1”-2”, tạo đường đa biến 1’-2’ 1”-2” đường đẳng áp 2’-1”, trình làm lạnh thiết bị lạnh cấp với áp suất cấp pc = const Trong đồ thị, lượng tiết kiệm từ trình nén cấp có làm lạnh cấp biểu diễn diện tích gạch ngang 1”-2’-2-2” Trong máy nén đại, người ta sử dụng: Làm lạnh máy nén cách đưa nước vào khoang làm đặc biệt vỏ đúc gọi làm lạnh Phương pháp làm tốt cách đáng kể điều kiện tra dầu mỡ máy nén piston Còn phương pháp muốn tiết kiệm lượng đưa trình nén đẳng nhiệt không thực Nguyên nhân điều kiện trao đổi nhiệt dòng khí nước lạnh gặp khó khăn Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương VI: Khái niệm chung máy nén 194 Làm lạnh thiết bị lạnh đặt hai cấp riêng rẽ gọi làm lạnh Với phương pháp sử dụng thiết bị lạnh dạng ống có bề mặt tiếp xúc lớn thu tiết kiệm lượng tiêu hao phần Trong máy nén ly tâm, thiết bị lạnh thường phân bố nhóm cấp để làm đơn giản kết cấu thiết bị Làm lạnh liên hợp kết hợp làm lạnh làm lạnh Phương pháp có tính hiệu lớn sử dụng rộng rãi kết cấu phức tạp tăng giá thiết bị Làm lạnh phun nước lạnh vào dòng khí trước cấp thứ máy nén Với phương pháp nhiệt lượng khí tiêu hao phần để làm bay nước làm lạnh nhiệt độ cuối trình nén bị giảm nhiều Nhược điểm phương pháp làm ẩm khí số trường hợp dùng ight opyr C uo © Tr HS ng D uat T u ph y th am K Chi P Ho h Min Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương VII: Máy nén cánh dẫn 195 CHƯƠNG VII: MÁY NÉN CÁNH DẪN 7.1- MÁ Y NÉN CÁ NH DẪ N LY TÂM 7.1.1- Nguyên lý làm việ c máy nén ly tâm ight opyr C uo © Tr HS ng D uat T u ph y th am K Chi P Ho h Min Hình 7.1 – Sơ đồ nguyên lý cấp máy nén ly tâm 1.Đóa 5.Ống tăng áp 2.Cánh dẫn 6.Rãnh cánh hướ ng quay 3.Đóa phụ 7.Rãnh cánh hướ ng ngược 4.Trục 8.Đoạn vào Trên sơ đồ hình vẽ đơn giản bánh công tác máy nén ly tâm Khí vào bánh công tác theo hướng trục (như hình vẽ) sau quay góc 90o vào rãnh cánh Rãnh cánh tạo nên đóa 1, cánh dẫn đóa phụ Cánh dẫn quay truyền cho khí chuyển động quay Ở lực ly tâm xuất đẩy phân tử khí chuyển độ ng từ khí bị nén lại Chuyển động tương đối dòng khí máy né n ly tâm theo đường xoắn ốc Sau khỏi bánh công tác, khí bị nén vào ốn g tăng áp nằm bao quanh bánh công tác Ở động biến thành năng, tức áp lực tónh khôn g khí nén tăng Ống tăng áp có cánh hướ ng cánh hướng Trong ống khí nén chuyển động theo đườ ng xoắn ốc Nhờ có cánh quạt hướ ng quay cánh quạt hướng ngược 7, khí nén đưa vào bánh công tác qua tầng sau Ở cánh dẫn dòng bị xoắn theo chuyển động xoắn ốc Đoạn vào đảm bảo cho khí nén vào bánh công tác tầng sau Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương VII: Máy nén cánh dẫn 196 Tầng (hay cấp) máy né n bao gồm: bánh công tác, ống tăng áp, cánh định hướng xuôi ngược 7.1.2- Phương trình làm việ c cấp máy nén ight opyr uo © Tr HS ng D uat T u ph y th am K Chi P Ho h Min C Hình 7.2 – Sơ đồ chuyển động dòng khí cấp nén Khi cho dòng khí chảy qua rãnh cánh cấp, trạng thái bị thay đổi có trao đổi lượng dòng khí bánh côn g tác, ma sát khí, tạo thành xoáy có trao đổi nhiệt với môi trường bên máy nén * Ta viết phương trình cân dòng khí đoạn 1-2(J/kg): Năng lượng khí mặt cắt cửa vào bánh công tác kênh cánh dẫn: L1  c1  C p T1 Năng lượng mà cánh dẫn công tác truyền cho khí theo phương trình Euler: L  u c u  u 1c 1u Năng lượng khí thiết diệ n rãnh cánh dẫn: L2  c2  C p T2 Nếu qua bánh côn g tác, nhiệt lượng truyền từ khí môi trường bên q, phương trình cân lượ ng là: L1  L  q  L Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương VII: Máy nén cánh dẫn Hay: 197 c1 c2  C p T1  u c 2u  u 1c1u  q   C p T2 2   Suy ra, nhiệt độ né n cuối bánh cô ng tác là: T2de  T1  q c1  c  2u c u  u c1u   Cp 2C p   (7.1) c1  c  2u c u  u 1c1u  2C p (7.2) Khi giả sử trình đẳng entrôpi, ta được: T2de  T1    Ngoài nén đẳng entrô pi ta có: T2de  p  p T1      k 1 k uat T Từ (7.2) suy ra: y th am K Chi P Ho h Min h   k 1 Su p   (7.3) p  p1 1  cDH c  2u c u  u c1u    ng ruo  t © 2C p T  T   righ opyvà (7.3) liên hệ yếu tố nhiệt động T, p C với kích thước C Phương trình (7.2) p hình học , số vòng quay dạng cánh dẫn bánh công tác máy nén Các phương trình không khẳng định qua thí nghiệm trình nén thực bánh cô ng tác khôn g phải đẳng entrôpi  k  Vận tốc lớn dòng khí rãnh cánh cấp gây nên mát đáng kể ma sát tạo xoáy chuyển hóa phần năn g lượn g dò ng khí thành nhiệt lượn g Điều dẫn đến trình nén thực có dạng trình đa biến với số n: pvn = const Ngoài tản nhiệt từ dòn g khí bánh cô ng tác môi trường bên khô ng đáng kể Đối với trình nén trường hợp cho q = vaø: p  T2    p1  T1    n n 1 (7.4) Với n = 1,5  1,62 Trong thực tế tính toán đánh giá cấp máy nén cánh dẫn ly tâm có làm lạnh yế u, người ta sử dụng hiệu suất đẳng entrôpi (đe = Lđe/L) Từ hai công thức (7.1) (7.4) với q = sử dụng biể u thức đe qua cấp nén với trình đẳng entrôpi đa biến, ta được: Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương VII: Máy nén cánh dẫn 198 n   n 1  de   p  p1 1  c  c  2u c u  u c1u    2C p T1      (7.5) ñe = 0,8  0,9 Phương trình (7.5) sử dụng để tính toán áp suất cuối bánh công tác cấp máy nén * Thiết bị định hướn Trong thiết bị định hướng bánh công tác, lượng không truyền cho dòng khí từ bên Ở xảy biến đổi động thành ngược lại Nếu giả sử trao đổi nhiệt với môi trườ ng bên khô ng có, cân lượng dòn g đoạn 3-4 là: C p T3  c3 c2  C p T4  2 Từ suy ra:  c  c 2H Su T4  ng D   1 o ru1  c  T3  t©T h2C p T3  yrig op C Từ định luật: R.cu = const, suy ra: c4 R  c3 R Ta coù: uat T y th am K ph Chi P Ho h Min(7.6) (7.7) ; R , R - bán kính c2 T4  1 T3 2C p T3  R2 1   R2      (7.8) n T p Giả sử trình đa biến ta có:   p  T3   n 1  ; suy ra:   n  c3 p  p 1   2C p T3   R3 1   R   n 1     (7.9) Chỉ số n phụ thuộc vào điề u kiện làm lạnh kết cấu máy nén thường n = 1,5 7.1.3- Tính toán lại đường đặc tính a- Khi thay đổi số vòng quay: (ứng dụng đồng dạng) Cho đường đặc tính máy nén với số vòng quay na Yêu cầu dựng lại đường đặc tính với số vòng quay nb nhỏ lớn na, thành phần khí thô ng số ban đầu khô ng đổi Lưu lượn g máy nén xác định theo phương trình liên tục giá trị vận tốc tuyệt đối, mà vận tốc theo điều kiện đồ ng dạng động học tỷ lệ với vận tốc vòn g, suy tỷ Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương VII: Máy nén cánh dẫn 199 lệ với số vòng quay Vì với hệ số nén không lớn lắm, để tính toán lại lưu lượng sử dụng công thức đồng dạn g thông thường: Q b  Qa nb na (7.10) Tính toán lưu lượng theo (7.10) không xác lắm, mức độ sai lớn hệ số tăng áp lớn Từ phương trình cân năn g lượng trình máy nén (liên hệ cung cho cánh dẫn với lượng dòn g khí máy né n), suy trình đẳng entrôpi:   kk    a  1  n     h Min Chi Ho nhậ mố Vì vậy, số vò ng quay na nb, chấphuatnTP i liên heä sau: yt k 1 am K u ph ak 1 n a DH S (7.11)  uong k 1 © r k t n bT  b yi1 h rg Cop Suy ra, hệ số tăng áp với số vòng quay nb: n - số vòng quay trục máy nén k  n  b  1   b    na          k 1 k a  k 1     (7.12) Đối với máy nén không khí công thức (7.12) viết gần sau:  n  b  1   b    na         a 1     (7.13) Theo giá trị lưu lượ ng tính toán tương ứng với  b, ta tính áp suất pb = p  b xây dựng đườ ng đặc tính cho chế độ ứng với nb Để đơn giản với ý công suất máy né n tỷ lệ với khối lượng riê ng khí, công suất chế độ b tính theo công thức gần sau:  Nb  b a  nb  n  a   Na   (7.14) b- Khi thay đổi tính chất vật lý khí Tính chất vật lý khí sử dụng toán xét đặc trưng giá trị R, k = Cp/Cv,  Đường đặc tính cho máy nén với nhiệt độ áp suất ban đầu T2a p1a, làm việc với số vòng quay na với khí có số Ra, ka,  a Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương VII: Máy nén cánh dẫn 200 Yêu cầu tính toán lại đường đặc tính làm việc máy nén số vòng quay khôn g đổi, khí có số Rb, kb,  b thông số ban đầu T2b p1b Trường hợ p thường gặp máy nén làm việc với khí phân tử Vì ta giả sử ka = kb = 1,41 Ảnh hưở ng số Re loại trừ ảnh hưởng độ nhớt tính toán bỏ qua Điều kiện tương tự cho ta hệ số lưu lượn g không đổi Vì vậy: c1a c1b  u 1a u 1b Từ suy ra: hay S1c1a  S1 c1b c1a  c1b hay Q 1a  Q1b Sự thay đổi số khí nhiệt độ đầu không ảnh hưởng đến lưu lượng thể tích h Min máy nén Chi P Ho Giả sử lượng riêng trình máat nén đẳng entrôpi, không phụ uy T y th thuộc vào điều kiện ban đầu, viết: am K h Su p   k 1   kk 1ongDH k k R b T1b   bk  1 R a T1a© Taru  1      k 1 k  1right      opy C Từ suy ra: k  R a T1a  k 1   k 1   b k  1   b  1   R b T1b       (7.15) Hoặc dạng giản ước k = 1,41:  R T  b  1  a 1a  R b T1b   a 1    (7.16) Khi chọn đường đặc tính cho giá trị pa với Qa xác định  a = pa/p1a theo (7.16), ta tính được: b  Từ suy ra: pb p 1b p b   b p1b Và từ giá trị pb nhận ta dựng đường đặc tính áp suất cần tìm Tính toán đường đặc tính công suất tiến hành tương tự trườ ng hợp Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương VII:Máy nén cánh dẫn 201 7.2- MÁ Y NÉN TRỤ C 7.2.1- Cấu tạo chung máy nén trục, cấu tạo cấp Chi P Ho h Min uat T y th Hình 7.3 – Sơ đồ cấu tạopham K a máy nén trục chung củ H Sutrốn g Cánh dẫn làm việc Roto Cánh dẫn định hướn g ng D Truo © ight opyr C Khác với máy nén ly tâm, máy nén trục khí nén chuyển động dọc theo trục Roto có dạng trống Trên roto có gắn cánh dẫn làm việc Các cánh dẫn định hướng cố định gắn trê n thân máy Những cánh dẫn gắn trước cấp thứ sau cấp sau Khí có thông số ban đầu p1, T1, C1 vào ống vào máy nén, sau qua tất cấp, chúng qua ống tăng áp, sau qua ống đẩy đến nơi tiêu thụ Ở ốn g vào có cánh hướng dòng làm cho dòng ngoặt phía quay roto phía ngược lại tùy theo tính chất tầng Trong số máy nén, vào khô ng có Trong rãnh tăng áp cánh dẫn động, lượng dòng tăng, tức áp suất vận tốc tăng Khi dòng khí chuyển động qua cánh dẫn động xuất lực P = Px + Py Lực có hướng ngược với hướng quay bánh công tác tạo công nén Còn rãnh cánh định hướ ng có biến động năn g thành giúp cho dòn g khí có hướ ng định trước vào dãy cánh độ ng sau Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương VII:Máy nén cánh dẫn 202 Cấ u tạo cấp máy nén trụ c h Min Chi P Ho Hình 7.4 – Sơ đồ cấu tạo cấp máy at n trục uné T h Ky t am Mỗi cấp gồm vành quay cánh dẫn Máy nén trục tạo số cấp áu ph t p suấ DH S ng dòng tạo thành mạng cánh dẫn Các cánh dẫn làm việc vành cố định cánh g n hướ dẫ ruon làm việc gắn chặt vào ght ©đóa hay gắn chặt vào roto trống, cánh dẫn hướng dòng T yri gắn chặt vào vỏ Cop máy nén Cấp đầu máy nén làm có cánh dẫn hướng khôn g có chúng Còn cấp cuối luôn có cánh dẫn hướ ng dòng ra, mục đích để vặn dòng làm giảm mát lượng cửa 7.2.2- Tính chất, nhữ ng thông số đặc trưng a- Năng lượng bánh công tác truyền cho dòng khí Ta chia cấp mặt phẳng trụ có độ dầy r hình vẽ (hình 7.4) Trong giới hạn độ dài cấp nguyên tố, tam giác vận tốc không thay đổi Hình 7.5 – Sơ đồ mạng prô fin cánh máy nén trục 1.Cánh dẫn làm việc 2.Cánh dẫn định hướn g Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương VII:Máy nén cánh dẫn 203 Bán kính cấp nguyên tố r = const, lượng mà cánh dẫn công tác máy nén trục truyền cho dòng khí, u1 = u2 = u xác định theo cô ng thức : L l  u c u  c1u   u.c u (7.17) Khi sử dụng phương trình liên tục biểu thức hình học tam giác vận tốc, ta có: c1u  u  c1a cot g1 c u  u  c a cot g c1a 1  c 2a  hay c a 1  c 1a  Ta thu :    L l  u.c1a  cot g1  cot g    2   Cho gần đú ng 1  2 , ta coù: (7.18) inh iM Ch P Ho uat T L l  u.c1a cot g1  cot g  (7.19) y th K pham Nếu giả thiết trình DH h u ng tác xảy khôn g có mát lượng bánS cô ng cung cho khí xác định theo ruo T (7.18), (7.19) ht © yrig ng lượng xác định hiệu số entanpi dòng hãm: Mà ta biết, Cop tă gia  L l  i   i1 Suy ra:  u.c a cot g1  cot g   i   i1 (7.20) Phương trình cho ta mối liên hệ thông số hình học nhiệt động học b- Hiệu suất có ích cấp nguyên tố * Năng lượn g mà máy nén cung cấp cho dòng khí để:  Tăng áp suất  Thay đổi động dòng khí  Khắc phục mát vào môi trường bên Do đó, phương trình lượng dò ng khí có dạng: Ll  dp c  c1 dp c  c 2   l rt     l dh   2 (7.21) với: l rt  l dh  l c mát lượng cấp, gồm mát lượng rãnh công tác l rt thiết bị định hướng l dh Phương trình cuối đưa dạng: dp c  c1 Ll     lc  * Năng lượn g thực mà dòng khí nhận cấp máy nén laø: Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương VII:Máy nén cánh dẫn 204 L  Ll  lc   2 dp c  c1   (7.22) Sự hoàn thiện khí động cấp đánh giá tỷ số L/L l , gọi hiệu suất có ích nội (được ký hiệ u số i) i  2 dp c3  c1   L  L l dp c  c1   lc  (7.23) Nếu trình cấp xảy theo đa biến, lượng riêng thực tính theo biểu thức biết:  p n L RT1   p n 1   n 1 n  c  c1 h  1  Min  Chi P Ho   uat T y th Lúc hiệ u suất có ích nội cấp tính theo biểu thức (7.23), gọi hiệu suất am K u ph có ích nội đa biến, ký hiệu đb DH S g ruon * Để đánh giá hoàhtthiện máy nén có làm lạnh yế u người ta sử dụng hiệ u suất n ©T yrig đẳng entrôpi Cop     Đối với cấp máy nén trục người ta dùng hiệ u suất nội đẳng entrôpi, tính theo thông số hãm biểu thức sau:   k 1 k  ide p    1 p     T3 1 T1 (7.24)  ide  i de  i1de    i  i1 (7.25) Các giá trị  ide  idb cấp máy nén trục khác không 0,5%, sử dụng  ide thực tế cho phép Đối với nhữ ng cấp máy nén trục làm việc ổn định, nén không khí, hệ số tăng áp  = 1,1 1,3 ta có: iđe = 0,85 0,95 c- Hệ số hoạt tính cấp Các cấp máy nén trục đặc trưng hệ số hoạt tính Hệ số hoạt tính thể khả năn g đạt cột áp tónh bánh công tác Hệ số hoạt tính xác định tỷ số cột áp tónh lý thuyết với cột áp lý thuyết toàn phần đạt cánh dẫn bánh công tác Gọi  hệ số hoạt tính ta coù: Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương VII:Máy nén cánh daãn  205 H lt L lt   H l L l uc 2u  c  c1   c1u     u c u  c1u      Từ tam giác vận tốc, ta có: 2 c1  c1u  c1a Vì: Vậy: ; c  c u  c 2a 2 c1a  c 2a 2 c  c1  c1u  c u  c1u  c u c1u  c 2u  2 Ta thu dạng đơn giản hệ số họat tính là:   1 c1u  c u 2u (7.26) Các cấp máy nén trục thường có hệ số hoạt tính  = 0,5  1,0 inh hi M C0,75 Ta xét đặc biệt mạng cấp có hệ số hoạt tính TP Ho 0,5; 1,0; t thua  Cấp có  = 0,5 Ky pham H Su ng D uo © Tr ight yr Cop Hình 7.6 – Mạng cánh cấp có  = 0,5 Từ (7.26) suy ra: c1u  u  c u vaø c u  u  c 1u Tam giác vận tốc thỏa mãn điều kiện thể hình 7.6 Từ ta có tỷ số: w  c u  c vaø a w  c 1u  c 2 a 2 Mạng cánh dẫn công tác làm tăng độ xoắn doøng c u  c1u suy c1u  c u  vaø 2 2 w  w  Từ suy ra: w  w 2 Bất đẳng thức cho ta thấy : kênh cánh dẫn bánh công tác cấp có  = 0,5 khuếc h tán Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương VII:Máy nén cánh dẫn 206 - Ở ống khuếc h tán xảy giảm vận tốc tương đối có biến động chuyển động tương đối thành - Hệ số hoạt tính  = 0,5 cho ta mối quan hệ thành phần vận tốc dạng rãnh cánh cho mát lượng cấp Điều giải thích sử dụng cấp có  = 0,5 loại máy nén trục ổn định * Cấp có  = 1,0 Từ phương trình (7.26) áp dụng cho trường hợp ta có: hay c 1u  c u  c 1u  c u hay c 1u  c 2u Tam giác vận tốc ứng với trường hợp biểu diễn hình 7.7 ight opyr C uo © Tr HS ng D uat T y th am K u ph Chi P Ho h Min Hình 7.7 – Mạng cánh cấp có  = 1,0 Từ tam giác vận tốc ta có tỷ số hình học sau: w  c  u  c1u  a w  c  u  c u  a Từ suy w  w1 w  w  4u.c1u Vì vậy: tăng lượng trình nén bánh công tác cấp mát là: w1  w 2  2u.c1u Từ tam giác vận tốc hình 13.5 với điều kiện c1u  c 2u , suy ra: c1  c hay c  c1 => động không đổi Vậy: lượng mà khí nhận từ bánh công tác chuyển hóa hoàn toàn thành Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương VII:Máy nén cánh dẫn 207 Trong cấp có  = 1,0 (100% hoạt tính) lượng nhận cấp có dạng (áp suất) Quá trình né n xảy rãnh cánh bánh công tác Trong trường hợ p này, rãnh cánh hướn g dòng khôn g làm thay đổi giá trị vận tốc tuyệt đối làm thay đổi hướng tương ứn g với góc 1 và2 * Cấp có lối vào lối hướng trụ c ( = 0,75) Ta xét trường hợp dò ng khí cho vào cấp khỏi vào cấp sau theo hướng trục, tức là: ight opyr C uo © Tr HS ng D uat T y th am K u ph Chi P Ho h Min Hình 7.8 – Mạng cánh cấp có  = 0,75 Dòng khí vào cấp theo hướ ng trục nê n c1u  Giả sử : c u  0,5u thay vào ta có:   1 c 1u  c u 0,5u  1   0, 25  0,75 2u 2u Suy ra, rãnh cánh bánh công tác xảy tăng áp suất kết giảm động chuyển động tương đối Năng lượng tăng áp chưa tính đế n mát lượng ta coù: 2 w w  2 ca  u  c2  a u2  3u2 Thiết bị định hướng cấp có  = 0,75 có tính ống khuếch tán, xảy giảm vận tốc chuyển động tuyệt đối từ c  c  c1 Kết điều tăng áp suất tương đương với giảm động chuyể n động tuyệt đối Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn ... Trong qúa trình nén đa biến với n < k: - đường 1-2 trình nén xảy vùng làm việc (trong xilanh, rãnh bánh công tác vỏ) máy nén; - đường 2-3 trình làm lạnh đẳng áp khí nén khỏi máy nén, trình xảy... nơi tiêu thụ Để khởi động máy nén trục dùng động điện, tuabin nước tuabin khí 6. 2 - NHIỆT ĐỘNG HỌC MÁY NÉN 6. 2. 1- Quá trình nén khí a- Phương trình Lý thuyết đơn giản máy nén dựa thuyết nhiệt động... Công trình máy nén diện tích 1 2-3 - 4-5 Suy ra, lượng toàn phần mà máy nén chi phí (không kể lượng sản để khắc phục tổn thất khí tổn thất lưu lượng), biểu thị diện tích 2-3 - 4 -6 (hình b) Nếu trình máy