KOMPRESORI ZRAKA - fsb.unizg.hr · PDF filestanje zraka na usisu konačni projektni tlak → učinak kompresora. Šestan, Ančić: Kompresori zraka 36

Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata

prof. dr. sc. Ante Šestan

Ivica Ančić, mag. ing.

KOMPRESORI ZRAKA

Predložak za vježbe iz kolegija „Brodski pomoćni strojevi”

2Šestan, Ančić: Kompresori zraka


Kompresori zraka

Kompresor zraka je stroj koji nekom plinu povećava tlak. Pri tome se

plinu povećava i temperatura, iako to samo po sebi nije cilj.



Kompresori zraka

Stlačeni zrak na brodu se koristi za:

upućivanje glavnih motora

upućivanje pomoćnih motora

sustav pneumatskog upravljanja i regulacije



Podjela kompresora

Volumetrijski kompresori povećavaju tlak određenom volumenu

plina ciklički na način da mu smanje volumen, pretvaraju

mehaničku energiju u energiju tlaka izravno.

Dinamički kompresori povećavaju tlak struji plina kontinuirano

na način da ubrzavaju strujanje čime se pretvara mehanička

energija u kinetičku, i potom usporavaju strujanje čime se

kinetička energija pretvara u energiju tlaka.



Podjela kompresora



Volumetrijski kompresori

Klipni kompresor:

1. cilindar

2. klip

3. usisni ventil

4. tlačni ventil

5. klipnjača

6. koljenasto vratilo




Krilni kompresor – promjenom eskscentriciteta moguće

mijenjati protok plina




Rootovo puhalo



Dinamički kompresori

Radijalni turbokompresor



Dinamički kompresori

Aksijalni turbokompresor



Podjela po dobavi

mala dobava: do 150 m3/h

srednja dobava: 150-4000 m3/h

velika dobava: iznad 4000 m3/h



Podjela po radnim tlakovima

vakuum crpke: iz podtlaka

puhala: do 3 bara

niskotlačni: 3-12 bara

srednjetlačni: 12-150 bara

visokotlačni: iznad 150 bara



Podrčja primjene kompresora



Termodinamičke osnove

Idealni proces




Proces u indikatorskom dijagramu




Promjena stanja 1-2 može biti:

a) izotermna n=1 (prilikom kompresije radnoj se tvari odvodi

toplina pri čemu je T=konst.),

b) izentropska n=κ (s=konst ; q=0),

c) politropska (s≠konst; q=cnΔT ).










Izmjena topline između zraka i stijenki cilindra




Promjena stanja 1-2 u stvarnom kompresoru



Stupnjevana kompresija

Ako je kompresijski omjer prevelik,

kompresija se odvija u više stupnjeva

2

1

8 10p

p



Stupnjevana kompresija

Koristi se međuhlađenje kako bi se smanjila potrebna snaga

kompresora. Optimalan omjer tlakova u stupnjevanoj kompresiji

je:

gdje je z broj stupnjeva.

2

1

zn

p

p



Volumetrijski stupanj djelovanja

λ1 – utjecaj štetnog prostora

λ2 – utjecaj pada tlaka pri usisu

λ3 – utjecaj zagrijavanja kod usisa

λ4 – utjecaj propuštanja

1 2 3 4



Utjecaj štetnog prostora

1s a

s

V V

V

1

21 0

1

1 1np

cp

00

S

Vc

V



Utjecaj pada tlaka pri usisu

1 12

s

s a p

V v

V V v

12

1

1p

p



Utjecaj zagrijavanja kod usisa

13

1

p

a

v T

v T

23

1

1 0,025 1p

p



Utjecaj propuštanja

4 0,95 0,98



Volumetrijski stupanj djelovanja

λ1 – utjecaj štetnog prostora

λ2 – utjecaj pada tlaka pri usisu

λ3 – utjecaj zagrijavanja kod usisa

λ4 – utjecaj propuštanja

1 2 3 4 0,6 0,7...0,85



Snaga kompresora

tehnički rad otvorenog ciklusa

snaga kompresora

uz maseni protok

tehw vdp

1

11

n

nb

stv a a

a

n pP m p v

n p

p

d

c b

1p

a

2

W i

cil.V

p

1 1

s sstv

V n Qm

v v



Snaga kompresora

volumetrijski stupanj djelovanja

ukupna snaga

1

11 2 3 4 41 1 pb

a p a

vp vc

p v v

1 1

41 1 11

n

nb b

a

a a

p n pP c p Q

p n p



Snaga kompresora

pi srednji indicirani tlak 2

4i i

dP p sn



Snaga kompresora

indicirani izentropski stupanj djelovanja

politropska kompresija, otpori u ventilima,

propusnost, nedovoljno međuhlađenje

mehanički stupanj djelovanja

gubici trenja

◘ dobre izvedbe 0,9-0,96

◘ višestepeni kompresori 0,88-0,93

◘ mali jednoradni kompresori 0,85

izentropski stupanj djelovanja

isis i

i

P

P

im

e

P

P

is i isis is i m

i e e

P P P

P P P



Snaga kompresora

izentropska snaga

efektivna snaga

1

21 1

1

11

is

pP p Q

p

1

21 1

1

11

1is

e

is is

P pP pQ

p



Snaga kompresora

Unutrašnja (indicirana) izentropska efikasnost

Ukupna izentropska efikasnost

Klipni jednostupanjski 0.90 ÷ 0.95 0.83 ÷ 0.94

Klipni višestupanjski 0.76 ÷ 0.83 0.72 ÷ 0.78

Dvovijčani kompresori 0.80 ÷ 0.85

Lamelni kompresori 0.70 ÷ 0.75

Roots 0.60 ÷ 0.65

Turbo puhala 0.60 ÷ 0.80

Jednostupanjski centrifugalni 0.80 ÷ 0.86 0.77 ÷ 0.82

Višestupanjski centrifugalni 0.68 ÷ 0.77

Aksijalni 0.85 ÷ 0.87



Projektni zadatak

tip izvedbe

broj stupnjeva

brzina vrtnje

broj i dimenzije cilindara

stanje zraka na usisu

konačni projektni tlak

→ učinak kompresora



Izvedbe za brodsku namjenu



Brzina vrtnje

ograničenje vezano za srednju klipnu brzinu

3-5,5 m/s

2m sc sn



Projektni zahtjev

Izvedba vertikalni redni,V,W,..

Broj stupnjeva kompresije dvostupanjska s međuhlađenjem

Izvedba cilindara(radnost) jednoradni,dvoradni

Srednja klipna brzina- cm 3-5,5 m/s

Pogonski strojelektromotor (diesel i benziski

motor)

Brzina vrtnje- n 480-1450 o/min

Kapacitet kompresora- Q x m3/h

Stanje usisnog voda p1=1,013 bar; υ1=40 °C



Projektne značajke kompresora

Ukupni volumen zračnih spremnika treba omogućiti ne manje

od dvanaest uzastopnih upućivanja porivnog dizelskog motora,

ako je on prekretan, tj. šest uzastopnih upućivanja za

neprekretne motore

→ kapacitet spremnika zraka

→ dobava kompresora

max2atmnq p

Vp

max atm

V pQ

t p




projektni tlak 30 bara, potrebno uvećati zbog gubitaka

2

1

301,1 5,99

1,013zn

pc

p

2

1

1 1

1

1,013 bar

1,013 5,99 6,06 bar

6,06 5,99 36.30

m n

m n

p

p p

p p bar




snaga izentropske kompresije oba stupnja

vrijedi uz:

1 1

1 1 1 1

1 1

1 1

1,4 1

5 1,4

1 11 1

1 11

1,4 1201,013 10 2 5,99 1 7,89 kW

1,4 1 2 3600

is n m m n

n n

P pQ p Q

pQ

1 1 1 1 izoterma od 1 do 1m mp v p v m




efektivna snaga kompresora uz pretpostavljene vrijednosti

indiciranog izentropskog stupnja djelovanja i mehaničkog

stupnja djelovanja

7,8910,52 kW

0,75is

e

is

PP



Usporedba s jednostepenim

Snaga izentropske kompresije u jednom stupnju

1

,1 1 1

1,4 1

5 1,4

11

1,4 1201,013 10 30 1 9,71 kW

1,4 1 2 3600

is nP p Q

,1 9,711,23

7,89is

is

P

P



Dimenzije cilindra

u projektnoj fazi vrijedi:

dobava kompresora

dimenzije se mogu odrediti iz omjera

ili srednje klipne brzine

1

2

sII sI

pV V

p

s sQ V n i

2mc sn

s

D

38 4

m

Q QD

c i n i



Sustav stlačenog zraka

Documents

KOMPRESORI ZRAKA - fsb.unizg.hr · PDF filestanje zraka na usisu konačni projektni tlak → učinak kompresora. Šestan, Ančić: Kompresori zraka 36