Лекция №2

Рассмотрим схематично способы подсоединения дополнительных мертвых пространств.

В компрессоре ВП-20/9 путем подсоединения дополнительного мертвого пространства к цилиндрам первой и второй ступени производительность снижается на 35%.

Регулирование производительности с помощью вариатора (плавное изменение производительности).

Давление снижение производительности от 65% до 0% производится с помощью разгрузочного клапана, который сообщает нагнетательный трубопровод второй ступени с атмосферой. Следовательно, компрессор имеет 3 ступени регулирования: 100%, 65% и 0%. В рассматриваемом компрессоре осуществлено автоматическое регулирование производительности.

С целью сохранения значений межступенчатых давлений в режиме регулирования такими же, как при номинальном режиме, дополнительные мертвые пространства подсоединяют к 1-й и 2-й ступеням.

В газовых компрессорах, режим которых изменяется не часто, распространено ручное регулирование производительности с помощью вариантов, осуществляющих плавное снижение производительности.

Дополнительные мертвые пространства могут подсоединяться к цилиндрам как с торца, так и раздельно.

Рассмотрим влияние присоединения мертвых пространств к цилиндрам многоступенчатого компрессора на его работу.

Изобразим теоретические индикаторные диаграммы трехступенчатого компрессора.

О бъемы цилиндров V_hI, V_hII, V_hIII, изображаются отрезками 0-1, 3-4, 6-7.

Присоединенным к первой ступени компрессора мертвое пространство V_md, которое уменьшит производительность компрессора в δ раз. Соответствующий этому объем цилиндра изобразится отрезком 0-1`.

Точки начала сжатия газа по ступеням будут лежать на изотерме . Так как объемы цилиндров V_hII и V_hIII остались неизменными, то точки начала сжатия при новом режиме работы компрессора 4` и 7` образуются при пересечении изотермы с линиями постоянного объема V_hII = const и V_hIII = const, проходящими через точки 4 и 7 соответственно. Точка конца сжатия газа в первой ступени 2` определится при пересечении линии постоянного давления, проходящей через точку 4`, с политропой сжатия, проходящей через точку 1`. Таким же способом строятся индикаторные диаграммы и остальных ступеней.

Проследим, как изменятся степень повышения давления газа по ступеням на новом режиме.

Степень повышения давления газа в первой ступени после присоединения мертвого пространства V_md равна

, (1)

где P`₄ - давление нагнетания газа после первой ступени.

Точки 1` и 4` принадлежат одной изотерме, поэтому параметры газа в них связаны уравнением

; ;

Отсюда

,

где P`<sub>1</sub> = P<sub>1</sub> , V`₁ = δV₁, V`₄ = V₄.

Точки 1 и 4 также лежат на одной изотерме, поэтому

; (3)

Заменим в уравнении (1) отношение давлений их значением из уравнения (2) и учтя уравнение (3), получим

;

(4)

Следовательно, при уменьшении производительности первой ступени идеального многоступенчатого компрессора в δ раз, степень повышения давления газа в ней так же уменьшится в δ раз.

Степень повышения давления газа во второй ступени E`_II равна

(5)

Точки 4` и 7` лежат на одной изотерме, следовательно

; (6)

Однако V`<sub>4</sub> = V<sub>4</sub> = V<sub>hII</sub>; V`₇= V₇= V_hIII.

Точки 4 и 7 так же лежат на одной изотерме, отсюда

. (7)

На основании уравнений (5), (6) и (7) получим

;

(8)

Отсюда видно, что степень повышения давления газа в любой промежуточной ступени остается неизменной.

Степень повышения давления газа в последней ступени определится из уравнения

.

Отсюда

.

Заменив E`<sub>I</sub> и E`_II их значениями из уравнений (4) и (8), получим

;

. (9)

Таким образом степень повышения давления газа в последней ступени увеличится в 1/δ раз.

Рассмотрим влияние присоединения мертвого пространства к промежуточной, в данном случае второй, ступени компрессора.

Его действие равносильно уменьшению объема цилиндра V_hII в δ₁ раз. Тогда V_hIIδ₁ будет соответствовать отрезку 3-10 диаграммы. Присоединение дополнительного мертвого пространства ко второй ступени не изменит производительности компрессора, поэтому точки начала сжатия газа в ступенях будут лежать на изотерме и для второй ступени она определяется пересечением изотермы с линией , проходящей через точку 10 диаграммы. Обозначим ее цифрой 10`.

Построение индикаторных диаграмм второй и первой ступеней производится точно так же, как и в первом случае.

Степень повышения давления газа в первой ступени будет равна

; (10)

Однако точки 10` и 1 лежат на одной изотерме, поэтому

. (11)

Заменив правую часть уравнения (10) его значением из уравнения (11) и используя (9), получим

;

; . (12)

Степень повышения давления газа во второй ступени будет

;

. (13)

Следовательно, присоединение мертвого пространства к любой промежуточной ступени, изменяющего ее всасываемый объем в δ раз и увеличит степень повышения давления в предыдущей ступени в 1/δ раз.

Увеличение степени повышения давления газа на последней ступени ограничивает диапазон возможного изменения производительности компрессора, так как с ростом степени повышения давления соответственно возрастает температура нагнетаемого газа.

С целью понижения степени повышения давления газа в последней ступени к ней присоединяется дополнительное мертвое пространство относительно меньше, чем в первой ступени. Это вызывает снижение степени повышения давления газа в последней и возрастание ее в предпоследней ступени. Например, при снижении производительности компрессора в δ раз, степени повышения давления газа по ступеням будут

; ; .

Если присоединить дополнительные мертвые пространство, снижающее всасываемый объем Z^й ступени в раз, то в соответствии с уравнениями (12) и (13) степени повышения давления Z^й и ступени будут

Т акое присоединение дополнительных мертвых пространств увеличивает диапазон регулирования производительности, так как уменьшение степени повышения давления в 1^й ступени компрессора компенсируется равным увеличением степени повышения давления в двух последних ступенях.

Наибольший диапазон регулирования может быть получен, если присоединять дополнительное мертвое пространство ко всем ступеням компрессора таким образом, чтобы всасываемые объемы ступеней уменьшались в одинаковое число раз. В этом случае степень повышения давления в ступенях не изменяется и регулирование возможно от δ = 1 до δ=0. Однако, конструкция компрессора, у которого мертвые пространства присоединены к каждой ступени, значительно усложняется.

Процесс регулирования производительности реальной многоступенчатый машины будет сложнее, чем в идеальном случае. В реальной машине в каждой ступени компрессора имеется основное мертвое пространство V_m.

Как показано выше, присоединение дополнительного мертвого пространства к первой ступени вызвало бы в идеальном компрессоре понижение производительности его в δ раз, уменьшение степени повышения давления в первой ступени в δ раз и увеличение в последней в 1/δ раз. Однако в реальной машине эти изменения будут более слабыми.

Всасываемый объем 1^й ступени V_bI уменьшится за счет присоединения дополнительного мертвого пространства, которое парализует часть полезного объема цилиндра, равную .

Основное же мертвое пространство вследствие снижения степени повышения давления ступени от E_I до E`_I парализует меньший объем цилиндра, чем есть до регулирования. По этой причине изменение всасываемого объема в первую ступень будет в реальной машине меньше, чем в идеальном случае.

Повышение величины Е в последней ступени не влияло на производительность компрессора в идеальной машине. В реальной же машине такое влияние имеется. Особенно оно велико при больших величинах основного относительного мертвого пространства и малом количестве ступеней в компрессоре. В самом деле, возрастание степени повышения давления газа в последней ступени в 1/δ раз вызовет уменьшение объемного коэффициента в этой ступени и объема всасываемого в нее газа.

Последнее увеличит давление газа, всасываемого в ступень, так как вес всасываемого газа определяется 1^й ступенью. Следовательно, при постоянной температуре всасывания

,

где P_ц1 и λ₀ – давление всасывания и объемный коэффициент компрессора до присоединения дополнительного мертвого пространства к 1^й ступени;

P`<sub>ц1</sub> и λ`₀ – давление всасывания и объемный коэффициент компрессора после присоединения дополнительного мертвого пространства к 1^й ступени.

Так как λ`<sub>0</sub> < λ<sub>0</sub> , то P`_ц1 > P_ц1.

Увеличение давления всасывания в последнюю ступень вызовет повышение давления нагнетания предпоследней ступени и увеличение Е в ней. Последнее уменьшит λ₀ ступени, всасываемый в нее объем и несколько увеличит давление всасывания.

Необходимо заметить, что увеличение Е в последней ступени вызовет возрастание ее и во всех остальных ступенях реального компрессора. Наибольшим это увеличение будет в последней ступени. Если в компрессоре много ступеней, то обратное влияние перераспределения Е уменьшится с удалением от последней ступени; на 1^й ступени им можно даже пренебречь.

В двухступенчатых машинах, если не учитывать влияние основного мертвого пространства на работу машины, расчет даст больше погрешности.

Присоединение дополнительных мертвых пространств к промежуточным ступеням реального компрессора вызывает увеличение степеней повышения давления во всех предыдущих ступенях компрессора, изменяет его производительность.

Экономичность работы многоступенчатого компрессора при регулировании производительности присоединением дополнительного мертвого пространства к каждой ступени будет изменяться по такому же закону, как и у одноступенчатого компрессора. Однако, когда рассматривалось изменение индикаторной работы машины, то не учитывались сопротивления клапанов и каналов, соединяющих полости цилиндра с полостями дополнительного мертвого пространства. Эти сопротивления несколько снижают индикаторный КПД машины.

Присоединение дополнительного мертвого пространства к 1^й и последней ступеням вызывает изменение Е главным образом в последних ступенях. При этом может несколько снизится индикаторный КПД η_из-ин. Однако при таком регулировании сократятся потери, связанные с перетеканием газа из полости цилиндра в полости дополнительного мертвого пространства и обратно, так как количество дополнительных полостей уменьшается. КПД компрессора при присоединении мертвого пространства к 1^й и последней ступеням поэтому получается примерно равным КПД в случае присоединения мертвых пространств ко всем ступеням.

Конструкция компрессора с присоединением мертвого пространства к 1^й и последней ступеням будет более простая.

Изменение производительности присоединением дополнительных полостей на части хода поршня.

С ущность этого способа регулирования заключается в том, что клапан, присоединяющий дополнительную полость, под воздействием возникающего в ней давления периодически закрывается. Конструктивно присоединяющий клапан подобен самодействующему всасывающему клапану с отжимным приспособлением.

Как и при динамическом отжиме всасывающего клапана, регулирование присоединением дополнительной полости на части хода основано на самодействующем отжиме, но с существенным различием в том, что воздействие со стороны регулирующего органа преодолевается не давлением потока на пластину клапана, а статическим давлением газа в дополнительной полости на поршень сервопривода.

Конструктивно это приводит к тому, что масса подвижных частей отжимного устройства оказывается несравненно большей, чем масса пальцев при динамическом отжиме. По этому при действии такого устройства возникают сильные удары, исключающие возможность применения этого способа регулирования для многооборотных компрессоров.