Лекция №3

Изменение производительности воздействием на коммуникацию.

Изменение производительности дросселированием на всасывании.

Уменьшение плотности газа во всасывающем патрубке компрессора, а следовательно и производительности его осуществляется дросселированием газа на линии всасывания.

Давление газа во всасывающем патрубке компрессора при дросселировании определяется уравнением

,

где P_1I - давление во всасывающем патрубке до дросселирования;

Δ P_d – потеря давления при дросселировании.

При полностью открытой задвижке Δ P_d = 0, а при полностью закрытой Δ P_d → P_1I.

Процесс дросселирования можно считать изотермическим, поэтому плотность газа при этом процессе определяется уравнением

,

где ρ_1I и ρ`_1I - плотность газа во всасывающем патрубке до и после дросселирования.

В реальном компрессоре при дросселировании всасываемого газа производительность будет уменьшаться как за счет плотности ρ, так и за счет объемного коэффициента.

Рассмотрим изменение производительности одноступенчатого компрессора дросселирвоанием на всасывании.

а, б и в – схематизированные индикаторные диаграммы соответственно без дросселирования (нормальная работа) и при различной глубине дросселирования.

Степень уменьшения производительности опредилится уравнением

.

Однако S_n = S`<sub>n</sub>, n<sub>0</sub> = n`₀.

Принимая также постоянными λ_г, λ_d, λ_m, получим

.

В случае индикаторной диаграммы «b» расширяющийся из мертвого пространства газ заполнит весь объем цилиндра, и производительность компрессора становиться равной нулю.

Дросселированием с помощью задвижки можно плавно изменять давление газа P`<sub>1I</sub> от P<sub>1I</sub> до P``<sub>1I</sub> и при этом производительность компрессора тоже плавно будет изменяться от номинальной до нулевой. Однако при уменьшении P`_1I возрастает степень повышения давления газа в цилиндре Е`_ц, а при Е``_ц > 7 в цилиндре могут возникнуть температуры, опасные для смазочных масел.

Последнее обстоятельство ограничивает глубину дросселирования и предел изменения δ.

При полном перекрытии всасывающего патрубка произойдет кратковременное повышение температуры газа в цилиндре, а затем, при достаточно интенсивном охлаждении его, температура газа снизится (до допустимой).

Если полностью перекрывается линия всасывания, то в цилиндре возникает вакуум. Это делает возможным подсос воздуха и масла в поршневых компрессорах из картера в цилиндр. Скопление масла в цилиндре может привести к гидравлическому удару и аварии машины.

Так же нежелательным является и подсос воздуха в цилиндры газовых компрессоров. Эти явления необходимо учитывать. Полное закрытие всасывающего патрубка применяется главным образом только в малых машинах.

Затраты мощности на привод компрессора N_к определяется уравнением

.

Индикаторная мощность будет равна (n_с = n_р).

,

где V_h – объем, описываемый поршнем за сек;

Кривая N`<sub>ин</sub> = f(Е`_ц) при дросселировании имеет максимум при Е`_ц= Е_пр.

Величина Е_пр определяется из уравнения

.

Если не принимать во внимание влияние мертвого пространства, т.е. а = 0, то

.

Величина Е`_пр для идеального компрессора:

а) при адиабатном сжатии Е`_ц.пр.= 3,24.

б) при изотермическом сжатии Е`_ц.пр.= 2,718.

Однако наличие мертвого пространства смещает максимум индикаторной, работы в сторону меньших величин Е`_ц.пр.

Так, при а = 0,1 и адиабатическом сжатии Е`<sub>ц.пр.</sub>= 2,69, а при изотермическом сжатии Е`_ц.пр.= 2,22.

Рассмотрение зависимости N`<sub>ин</sub> = f(Е`_ц) показывает, что при повышении величины Е`<sub>ц</sub> от 1 до Е`_ц.пр.вследствие дросселирования на всасывании происходит снижение производительности компрессора и одновременное возрастание затрат мощности на привод компрессора.

Следует заметить, что этот участок практически не является рабочим, так как обычно степени повышения давления газа в одноступенчатом компрессоре даже без дросселирования выше, чем Е`<sub>ц.пр</sub>. На остальном участке кривой при Е`_ц.пр.< Е`<sub>ц</sub>, вместе с увеличением Е`_ц и снижением N`_ин .

Однако снижение N`_ин происходит менее интенсивно, чем снижение V₁.

; .

Кривые графика показывают на непрерывное увеличение отношений удельных индикаторных работ и падение КПД с уменьшением производительности.

Из этого следует, что рассматриваемый способ изменения производительности не является экономичным.

Процесс изменения производительности многоступенчатых поршневых компрессоров дросселированием на всасывании очень сложен.

С целью упрощения рассмотрим этот процесс для идеального компрессора.

На данном рисунке сплошными линиями изображены индикаторные диаграммы трехступенчатого поршневого компрессора.

Абсциссы 0-1, 3-4, 6-7 представляют собой соотвественно объемы всасывания в первую, вторую и третью ступени компрессора.

В идеальном компрессоре эти объемы равны объемам цилиндра. Так как в идеальном компрессоре газ охлаждается в многоступенчатых холодильниках до температуры всасывания в 1^ю ступень, то точки начала сжатия газа в каждой ступени лежат на одной изотерме (1-10), уравнение которой .

Точку 1` начала сжатия газа в 1<sup>й</sup> ступени при дросселировании найдем при пересечении изотермы с линией постоянного объема V<sub>hI</sub> = const. Давление всасывания P`_1I будет равно давлению газа в т. 1`, а линия Р`_hI = const будет линией всасывания в 1^ю ступень при дросселировании. Так как газ после сжатия в 1^й ступени и охлаждения в межступенчатом холодильнике должен иметь объем, равный объему цилиндра 2^й ступени, то давление нагнетания 1^й ступени будет равно давлению в т. 4`, которая лежит на пересечении изотермы 1`-10` с линией постоянного объема V_hII = const, проходящей через т.4. Примем показатели политроп сжатия газа в цилиндре постоянными.

Следовательно, линия сжатия газа в 1^й ступени 1`-2` является политропой с таким же показателем, как 1-2. Точка конца сжатия 2` получится при пересечении политропы 1`-2` с линией постоянного давления P`_2I, проходящей через т.4`.

Таким же путем находятся точки 7`и 5` и строиться диаграмма 2^й ступени. Линия 7`-8` является политропой с таким же показателем, как и 7-8.

Так как давление нагнетания P2III остается постоянным, то точка 8` получается при пересечении политропы 7`-8` с линией Р`_2III = const.

Рассмотрим, как перераспределяется давление газа по ступеням при дросселировании на всасывании первой ступени. Точи 1` и 4` лежат на одной изотерме и параметры газа в них связаны уравнением

,

однако P`<sub>4</sub> = P<sub>2</sub> , V`₁ = V₁, V`₄ = V₄.

Следовательно,

.

Точки 1 и 4 так же лежат на одной изотерме и для них справедливы уравнения

; ;

Отсюда можем написать

.

Произведя такие же рассуждения для 2^й и любой другой ступени, кроме конечной, получим, что при дросселировании на всасывании степени повышения давления в этих ступенях останутся неизменными, т.е.

; .

Для последней ступени

. (1)

Так как т. 7 лежит на изотерме , т. 7` на изотерме и объемы газа, соответствующие этим точкам, равны, то

.

Отсюда

Подставив в уравнение (1) P`_1III,

получим ;

Степень повышения давления газа в последней ступени компрессора возрастает и температура нагнетаемого его газа, которая ограничит возможную величину δ. С целью расширения диапазона регулирования таким способом заранее предусматривают меньшую Е в последней ступени на расчетном режиме работы компрессора.

В данном случае величина δ так же определяется уравнением

.

Все сомножители, входящие в правую часть уравнения , кроме ρ, можно считать постоянными

- для идеального компрессора.

Индикаторная работа многоступенчатого компрессора при дросселировании на всасывание определяется уравнением

Во всех ступенях, кроме последней, индикаторная работа уменьшиться пропорционально δ, а в последней ступени будет равна

,

где .

Удельная индикаторная работа при дросселировании на всасывании будет равна

.

При дросселирвоании на всасывании в первых ступенях компрессора удельная работа остается без изменения, а в последней возрастает в ψ раз. Следовательно, суммарная индикаторная работа повышается.

Удельная работа трения так же возрастает, так как по абсолютной величине работы трения N_m остается примерно постоянной, а производительность компрессора уменьшается в δ раз.

.

Так как удельная индикаторная работа и работа трения при дросселировании на всасывании возрастает, то экономичность компрессора ухудшается.

Способ изменения производительности поршневых компрессоров дросселированием на всасывании допускает плавное регулирование в ограниченном диапазоне изменения δ, достаточно прост в конструктивном исполнении, но экономичен. Этот способ нашел применение в компрессорах больших производительностей вследствие своей простоты.

Френкель (3-е издание)

Дросселирующие устройства выполняют в виде клапана, шибера или задвижки и располагают перед всасывающим патрубком компрессора. Уменьшая проходное сечение дросселя, увеличивают его сопротивление и, следовательно, снижают давление газа, поступающего в цилиндр компрессора.

Регулирование дросселированием, обеспечивая плавность изменения производительности, конструктивно осуществляется весьма просто, в этом его преимущество, благодаря которому, несмотря на неэкономичность, его применяют для средних и больших компрессоров.

В случае газовых компрессоров необходимо учитывать, что при дросселировании в I ступени возникает вакуум, т.е. возможен подсос воздуха.