Творческое задание, страница 98 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

Творческое задание

Подготовьте сообщение по темам (на выбор):

1. «Компрессоры и их назначение».

2. «Как получить глубокий вакуум? Для чего он необходим?»

1. «Компрессоры и их назначение»

Решение

Компрессор — это энергетическая машина или устройство, предназначенное для сжатия и подачи газов (например, воздуха, азота, хладагентов) под давлением. При сжатии газа уменьшается его объем, а давление и температура, как правило, увеличиваются. Компрессоры следует отличать от вентиляторов и воздуходувок, которые создают значительно меньший перепад давлений.

Принцип работы и классификация

По принципу действия компрессоры делятся на две основные группы: объемные и динамические.

1. Объемные компрессоры

В этих устройствах сжатие газа происходит в рабочих камерах, объем которых периодически изменяется. Газ сначала всасывается в камеру, затем камера изолируется, и ее объем уменьшается, что приводит к повышению давления газа. К ним относятся:

• Поршневые компрессоры: Это наиболее известный тип. Сжатие газа осуществляется с помощью поршня, совершающего возвратно-поступательное движение в цилиндре. Они способны создавать очень высокие давления, но их производительность ограничена, а работа носит циклический характер. Применяются в холодильных установках, для накачки шин, в промышленных пневматических системах.

• Винтовые компрессоры: Рабочим органом являются два сцепленных ротора (винта) с винтовыми зубьями. При их вращении газ перемещается вдоль оси винтов в область с уменьшающимся объемом, что и вызывает сжатие. Они отличаются высокой надежностью, хорошей производительностью и стабильностью работы. Широко используются в промышленности для питания пневмоинструмента и автоматики.

• Спиральные компрессоры: Состоят из двух спиралей, одна из которых неподвижна, а вторая совершает эксцентричное движение без вращения. Газ сжимается, перемещаясь из периферийной области к центру спиралей. Эти компрессоры очень тихие, эффективные и компактные. Основное применение — системы кондиционирования воздуха и холодильная техника.

• Роторно-пластинчатые (шиберные) компрессоры: Внутри цилиндрического корпуса эксцентрично расположен ротор с пазами, в которых свободно перемещаются пластины (шиберы). При вращении ротора пластины прижимаются к стенке корпуса центробежной силой, образуя рабочие камеры переменного объема.

2. Динамические компрессоры (Турбокомпрессоры)

В этих машинах сжатие происходит в результате взаимодействия потока газа с вращающимися лопатками рабочего колеса. Сначала газу сообщается высокая скорость (кинетическая энергия), а затем в специальных неподвижных элементах (диффузорах) эта скорость преобразуется в давление (потенциальную энергию).

• Центробежные компрессоры: Газ поступает в центр вращающегося рабочего колеса (импеллера) и под действием центробежных сил отбрасывается к периферии, приобретая высокую скорость и давление. Они обеспечивают высокую производительность и непрерывную подачу газа. Используются на газоперекачивающих станциях, в больших системах кондиционирования, в турбонаддуве двигателей внутреннего сгорания.

• Осевые компрессоры: Газ движется вдоль оси вращения компрессора, проходя через несколько ступеней, состоящих из вращающихся (ротор) и неподвижных (статор) лопаточных венцов. Каждая ступень незначительно повышает давление. Они обладают самой высокой производительностью среди всех типов компрессоров. Основное применение — газотурбинные установки и авиационные двигатели.

Основные характеристики компрессоров

• Производительность — объем газа, сжимаемого в единицу времени, обычно измеряется в $м^3/мин$ или $л/с$.

• Рабочее давление — давление, создаваемое компрессором на выходе. Различают избыточное и абсолютное давление.

• Степень сжатия ($ \pi_k $) — отношение конечного давления $ p_{вых} $ к начальному давлению $ p_{вх} $: $ \pi_k = p_{вых} / p_{вх} $.

• Потребляемая мощность — энергия, необходимая для привода компрессора, измеряется в киловаттах (кВт).

Назначение и применение компрессоров

Компрессоры являются неотъемлемой частью множества технологических процессов и бытовых устройств. Их назначение чрезвычайно широко:

• Промышленность: обеспечение работы пневматического оборудования (гайковерты, дрели, отбойные молотки), пескоструйная обработка, покраска распылением, работа систем пневмоавтоматики.

• Энергетика и нефтегазовая отрасль: транспортировка природного газа по магистральным трубопроводам, закачка газа в пласты для увеличения нефтеотдачи, работа газотурбинных установок.

• Холодильная техника и кондиционирование: сжатие хладагента является ключевым процессом в любом парокомпрессионном холодильном цикле (бытовые холодильники, промышленные рефрижераторы, автомобильные и стационарные кондиционеры).

• Транспорт: системы турбонаддува в двигателях внутреннего сгорания для повышения их мощности, пневматические тормозные системы грузовиков, автобусов и поездов.

• Медицина: подача сжатого воздуха для дыхательных аппаратов (ИВЛ), работа стоматологического оборудования.

• Бытовое применение: накачивание шин, работа аэрографов, питание аквариумных аэраторов.

Ответ: Компрессор — это устройство для повышения давления газа путем его сжатия. Они классифицируются по принципу действия на объемные (например, поршневые, винтовые) и динамические (центробежные, осевые). Выбор типа компрессора зависит от требуемой производительности, давления и специфики задачи. Назначение компрессоров охватывает практически все сферы человеческой деятельности: от бытовых нужд и медицины до тяжелой промышленности, энергетики и транспорта, что делает их одним из важнейших видов промышленного оборудования.