Xem mẫu
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009
ĐHBK tp HCM
Chương 8: Quá trình nén khí và hơi
¾ 8.1 Khái niệm chung
Máy nén piston 1 cấp
¾ 8.2 Máy nén PISTON
Máy nén piston nhiều cấp
p.1
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009
ĐHBK tp HCM
8.1 Khái niệm chung
¾ Máy nén khí (hơi) dùng để tăng áp suất khí (hơi)
¾ Nếu p < 2 bar : đây là phạm vi sử dụng các loại QUẠT
Nếu p > 2 bar: dùng các loại MÁY NÉN
Nhóm 1: Nhóm 2:
dùng công cơ học để nén khí dùng nhiệt năng để nén khí
MN piston MN tuabin MN ejectơ
¾ Dù khác nhau về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, vv… nhưng các máy
nén này đều có quá trình nhiệt động như nhau
p.2
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009
ĐHBK tp HCM
Ví dụ minh họa một số loại máy nén khí (hơi)
p.3
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009
ĐHBK tp HCM
8.2 Máy nén piston
a) Máy nén piston 1 cấp
p.4
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009
ĐHBK tp HCM
¾ Những quá trình cơ bản của máy nén piston 1 cấp
1) Quá trình nạp khí AB 3) Quá trình xả khí CD
p1 = const 2) Quá trình nén khí BC
p2 = const
p - BC : đẳng nhiệt n = 1
D C C1 C2 - BC1 : đa biến
- BC2 : đoạn nhiệt n = k T
C2 p2
n=k
1<
p2 C1 p1
n
<
k
C
A B p1
v n=1 B s
p.5
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009
ĐHBK tp HCM
¾ Tính công tiêu hao của máy nén piston 1 cấp
Công tiêu hao để nén 1 kg khí
p2
từ áp suất p1 đến áp suất p2
w = − ∫ vdp = wKT ( J / kg )
được tính theo công thức tính p1
công kỹ thuật:
a) Nén theo quá trình đẳng nhiệt T = const (n = 1)
p2 p T
w = − RT ln = − p1v1 ln 2 ( J / kg ) C2 p2
p1 p1
n=k
b) Nén theo quá trình đoạn nhiệt pvk = const (n = k)
1<
C1 p1
n
<
⎡ k −1
⎤
k
−k −k ⎛ p ⎞ k C
w= ( p 2 v 2 − p1v1 ) = p1 v1 ⎢⎜⎜ 2 ⎟⎟ − 1⎥
k −1 k −1 ⎢⎝ p1 ⎠ ⎥ n=1 B s
⎢⎣ ⎥⎦
⎡ k −1
⎤
−k ⎛ p ⎞ k
= RT1 ⎢⎜⎜ 2 ⎟⎟ − 1⎥ ( J / kg )
k −1 ⎢⎝ p1 ⎠ ⎥
⎢⎣ ⎥⎦
p.6
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009
ĐHBK tp HCM
c) Nén theo quá trình đa biến pvn = const (1
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009
ĐHBK tp HCM
¾ Tính nhiệt lượng thải qua xylanh của máy nén piston 1 cấp
a) Nén theo quá trình đẳng nhiệt T = const (n = 1)
p2 p Nhiệt lượng thải ra = công
q = w = − RT ln = − p1v1 ln 2 ( J / kg )
p1 p1 nhận vào
b) Nén theo quá trình đoạn nhiệt pvk = const (n = k) q=0
k −1
⎛p ⎞ k
Nhiệt độ cuối quá trình: T2 = T1 ⎜⎜ 2 ⎟⎟ (K)
⎝ p1 ⎠
c) Nén theo quá trình đa biến pvn = const (1
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009
ĐHBK tp HCM
Ví dụ 8.1 trong sách “Nhiệt động lực học kỹ thuật”:
Máy nén lý tưởng 1 cấp, không khí được nén từ thông số ban đầu p1 = 1 bar, t1 =
20oC đến trạng thái cuối có p2 = 4.5 bar. Xác định nhiệt độ cuối quá trình t2,
công tiêu hao của máy nén w và nhiệt lượng thải ra q ứng với 3 trường hợp: a)
Nén đẳng nhiệt; b) Nén đoạn nhiệt và c) Nén đa biến với n = 1.3
a) Nén đẳng nhiệt: t 2 = t1 = 20 C
o
Giải:
⎛p ⎞ 8314 ⎛ 4. 5 ⎞
w = − RT ln⎜⎜ 2 ⎟⎟ = − (20 + 273) ln⎜ ⎟ = −126342 J / kg = −126.3 kJ / kg
p
⎝ 1⎠ 29 ⎝ 1 ⎠
q = w = −126.3 kJ / kg k −1 1.4 −1
⎛ p2 ⎞ k
b) Nén đoạn nhiệt: T2 = T1 ⎜⎜ ⎟⎟ = (20 + 273)⎜
⎛ 4.5 ⎞ 1.4
⎟ ( )
= 450 K 177 o C
⎝ p1 ⎠ ⎝ 1 ⎠
⎡ k −1
⎤
−k ⎛ p ⎞ k
w= RT1 ⎢⎜⎜ 2 ⎟⎟ − 1⎥ = −157834 J / kg = −157 .8 kJ / kg
k −1 ⎢⎝ p1 ⎠ ⎥
⎣⎢ ⎦⎥
q=0
c) Nén đa biến: tính tương tự như quá trình đoạn nhiệt với n = 1.3
p.9
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009
ĐHBK tp HCM
¾ Tác hại của dung tích thừa ¾ Để tránh va đập trên thực tế giữa
nắp xi lanh và piston có 1 khoảng
p trống, gọi là dung tích thừa Vt
3’ 2’
Quá trình 1234 thể hiện đồ thị
máy nén có dung tích thừa
3 2
p’2 Do dung tích thừa, lượng khí
nạp thực sự vào xi lanh chỉ còn
p2 (V1 - V4)
Để đánh giá năng suất của máy
4 4’ 1 p1
V nén piston bị suy giảm do dung
Vt Vh tích thừa: dùng hiệu suất thể tích
V1 − V4
ĐCT ĐCD λ= (λ = 0.7 ÷ 0.9)
V1 − V3
Khi áp suất nén càng cao (1’2’3’4’)
Æ λ càng thấp Æ dùng máy nén
p.10 nhiều cấp
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009
ĐHBK tp HCM
b) Máy nén piston nhiều cấp
- Dùng để nén khí ở áp suất cao p2/p1 > 10
- Giảm được công tiêu hao do có bộ làm mát trung gian (diện tích 2344’)
Bộ làm mát trung gian p 4 4’
c
Xy Xy
lanh 2
lanh
cao p3 b 3
hạ
áp áp p2
a 1 p1
V
a-1: quá trình hút khí vào xylanh cấp 1 b-3: quá trình làm mát khí trong bình làm
1-2: quá trình nén đa biến trong xylanh cấp 1 mát trung gian và nạp vào xylanh cấp 2
2-b: quá trình đẩy khí qua bình làm mát trung 3-4: quá trình nén đa biến trong xylanh cấp 2
gian trước khi nạp khi vào xylanh cấp 2 4-c: quá trình thải khí từ xylanh cấp 2 vào
p.11 bình chứa
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009
ĐHBK tp HCM
¾ Phân phối áp suất nén giữa các cấp T1 = T3
Chọn:
T2 = T4
p 4 4’ T
c p3 p2 p1
T2 = T4 4 2
2
b 3
p4
p2 = p3
T1= T3
a 1 3 1
p1
V
s
Vì các cấp nén đều có cùng số mũ đa biến n như nhau, ta có:
n
p 2 ⎛ T2 ⎞ n −1 Tỉ số tăng áp p2 p4 p4 (Vì
Cấp 1: = ⎜⎜ ⎟⎟ x= = =
mỗi cấp là: p1 p3 p1 p2 = p3 )
p1 ⎝ T1 ⎠
n
p 4 ⎛ T4 ⎞ n −1 Tỉ số tăng áp của p4
Cấp 2: = ⎜⎜ ⎟⎟ = x2
p3 ⎝ T3 ⎠ máy nén 2 cấp là: p1
p.12
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009
ĐHBK tp HCM
T3 = T1 n −1
¾ Tính toán cho máy nén 2 cấp p 2 = p3 và ⎛ p2 ⎞ n
T4 = T2 = T1 ⎜⎜ ⎟⎟
p 4 ⎝ p1 ⎠
c a) Tỉ số tăng áp của từng cấp là như nhau:
3 2 p2 p4 p4
x= = =
b p1 p3 p1
p4
p2 = p3
1 Tỉ số tăng áp của toàn máy
a nén 2 cấp là:
p1V p4
x =
2
p1
b) Dung tích xylanh cấp 1 (Xylanh hạ áp) là V1 (m3)
Dung tích xylanh cấp 2 (Xylanh cao áp) là V3 (m3)
Vì T1 = T3 , áp dụng pt khí lý tưởng suy ra quan hệ: V1
V3 = (m 3 )
x
p.13
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009
ĐHBK tp HCM
c) Công tiêu hao (cho 1 kg khí) của máy nén 2 cấp:
⎡ n −1
⎤
−n ⎛ p ⎞ n Chú ý:
Cấp 1: w1 = RT1 ⎢⎜⎜ 2 ⎟⎟ − 1⎥
n −1 ⎢⎝ p1 ⎠ ⎥
⎢⎣ ⎦⎥ n : là số mũ đa biến của quá
⎡ n −1
⎤ trình nén đa biến nói chung
−n ⎛ p ⎞ n
Cấp 2: w2 = RT3 ⎢⎜⎜ 4 ⎟⎟ − 1⎥
n −1 ⎢⎝ p3 ⎠ ⎥
⎢⎣ ⎥⎦
T1 = T3
Vì: p2 p4 w1 = w2
= =x
p1 p3
Công tiêu hao cho 1 kg khí của máy nén 2 cấp là:
⎡ n −1
⎤
− 2n ⎢ ⎛ p4 ⎞ n
wmn = w1 + w2 = 2 w1 = RT1 ⎢⎜⎜ ⎟
⎟ − 1⎥⎥ ( J /kg)
n −1 p1
⎢⎣⎝ ⎠ ⎥⎦
p.14
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009
ĐHBK tp HCM
d) Nhiệt lượng khí nén thải qua xylanh và qua bình làm mát trung gian
của máy nén 2 cấp:
¾ Nhiệt lượng thải qua vỏ xylanh của mỗi cấp nén là như nhau và bằng:
n − k ⎛⎜ n ⎞
n −1
n−k p 4 là tỉ số tăng áp
q1 = cv ΔT = cv T1 ⎜ x − 1⎟⎟ kJ / kg với x =
n −1 n −1 ⎝ ⎠ p1 của từng cấp
Nhiệt lượng thải qua 2 vỏ xylanh của máy nén 2 cấp là: 2 q1
¾ Nhiệt lượng thải qua bình làm mát trung gian của máy nén là:
q 2 = c p (T2 − T1 ) kJ / kg với cp là nhiệt dung riêng đẳng áp của khí nén
Nhiệt lượng thải tổng cộng của máy
q mn = 2q1 + q 2 kJ / kg
nén 2 cấp là:
p.15
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009
ĐHBK tp HCM
Ví dụ 8.2:
Máy nén lý tưởng 2 cấp có làm mát trung gian, áp suất ban đầu p1 = 1 bar, t1 =
20oC, áp suất cuối quá trình nén p4 = 9 bar. Xác định công tiêu hao của máy
nén, nhiệt độ cuối quá trình nén, nhiệt thải qua bình làm mát trung gian nếu
quá trình nén xem là đoạn nhiệt.
Giải: Quá trình nén là đoạn nhiệt Æ n = k = 1.4 (không khí)
Công tiêu hao của ⎡ k −1
⎤
− 2k ⎢ ⎛ p4 ⎞ k
máy nén 2 cấp: wmn = RT1 ⎢⎜⎜ ⎟
⎟ − 1⎥⎥ J / kg
k −1 p1
⎢⎣⎝ ⎠ ⎥⎦
k −1
Nhiệt độ cuối ⎛ p2 ⎞ k k −1
p4
quá trình nén: T4 = T2 = T1 ⎜⎜ ⎟⎟ = T1 x k
với x= =3
⎝ p1 ⎠ p1
Nhiệt thải qua bình
làm mát trung gian: q 2 = c p (T2 − T1 ) kJ / kg
p.16
- Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009
ĐHBK tp HCM
* YÊU CẦU VỀ NHÀ:
1) Đọc thêm trong sách để hiểu phần tính toán cho máy nén
piston nhiều cấp
2) Tự tính lại 2 ví dụ 8.1 và 8.2 để nắm vững cách tính toán
p.17
nguon tai.lieu . vn
