Нагнетатели. Обзор конструкций, сведения по эксплуатации машин для подачи жидкостей и газов, страница 14

в-с – сжатие газа от Р₁ до Р₂;

с-d – выталкивание газа при постоянном давлении равном Р₂;

d-а – расширение газа, оставшегося в мертвом пространстве.

Площадь диаграммы aвсd эквивалентна работе компрессора, затраченной на сжатие газа за один оборот кривошипа. Открытие и закрытие клапанов в компрессоре происходит из-за разности давлений в цилиндре и во внешних трубопроводах. Уплотнение поршня в цилиндре осуществляется с помощью поршневых колец. В процессе сжатия газ в камере нагревается и тепло отводится посредством охлаждающей воды, омывающей стенки цилиндра. Иногда вместо воды используется воздушное охлаждение ребристой оболочки цилиндра.

2. Работа, мощность и КПД компрессора.

Процессы сжатия и расширения в компрессоре существенно зависят от условий теплообмена между газом и стенками цилиндра. Характерными являются крайние теоретические процессы: изотермическое сжатие и изоэнтропное сжатие.

Из термодинамики известно, что удельная работа изотермического сжатия газов вычисляется как:

     (1)

Удельная работа при изоэнтропном (адиабатном) сжатии определяется как:

              (2)

k – показатель адиабаты;

Р₁ и υ₁, Р₁ и υ₂ – давление и объем газа в начале и в конце сжатия.

 - степень сжатия газов.

Изобразим основные процессы сжатия в р(υ) диаграмме для идеального компрессора, считая V_m=0

1 – изотермическое сжатие;

2 -  изоэнтропное сжатие;

3 – политропное сжатие, при котором показатель политропы лежит в пределах 1<n<k, характерно для компрессоров с интенсивным охлаждением цилиндров;

4 – политропное сжатие, когда n>k, характерно для слабоохлаждаемых компрессоров.

Из рисунка видно, что наименьшая работа сжатия соответствует изотермическому процессу, значит, он наиболее выгодный, но в реальных компрессорах такие процессы не осуществимы в чистом виде, и процессы идут по политропе. Удельная работа сжатия при этом составляет:

        (3)

Политропное сжатие будет тем ближе к изотермическому, чем интенсивней охлаждаются стенки цилиндра. Оценкой совершенства работы компрессора является его относительный КПД, представляющий собой отношение теоретической работы к действительной (индикаторной работе сжатия):

        (4)

Площадь aвсd соответствует теоретической работе, а площадь aв`с`d  - действительной (или индикаторной).

Характерные выступы на действительной (индикаторной) диаграмме в начале и в конце расширения указывают на инерционность и гидравлическое сопротивление клапанов. Действительные линии расширения и сжатия также несколько отличаются от теоретической политропы, вследствие нестационарностей условий теплообмена между газом и стенками цилиндра в реальном компрессоре.

Часто для интенсивно охлаждаемых компрессоров используют понятие изотермического КПД:

       (5)

Для слабоохлаждаемых компрессоров используют адиабатный КПД:

       (6)

Потребляемая мощность на муфте компрессора составит:

            (7)

М – массовая производительность компрессора, кг/с;

l – теоретическая удельная работа сжатия

η_к – относительный КПД компрессора;

η_м – относительный КПД компрессора; .

Для охлаждаемых компрессоров мощность можно вычислить следующим образом:

ρ₁ – плотность газа на всасывании;

Q₁ – объемная производительность компрессора на входе;

, 

Тогда подставляя все это в (7) получим:

Мертвое пространство и его влияние на производительность компрессора.

Мертвое пространство не влияет на удельную работу сжатия, но существенно влияет на производительность компрессора.

Установим связь мертвого пространства с производительностью компрессора.

Из рисунка сможем записать, что объем всасывания:

     (1)

Vп – полный объем цилиндра;

Vр – рабочий объем;

Vм – объем мертвого пространства;

Vрасш – объем расширения, т.е. объем цилиндра, занятый расширившимся газом до начального давления.

Введем понятие относительного мертвого пространства:

           (2)

Откуда:

        (3)

а=0,02÷0,08.

Объем расширения можно выразить из уравнения политропы расширения:

            (4)