14.4. Определение количества теплоты, отведенной от газа при различных процессах сжатия

Рис. 47. Процессы сжатия газа в компрессоре

Изобразим процессы сжатия в T, S-диаграмме, рис. 47. Количество отнимаемой от газа теплоты при изотермическом сжатии ( ) эквивалентно площади а2'1с. Отводимая теплота в политропном процессе ( ) эквивалентна площади b21с. Из сопоставления следует, что в изотермическом процессе отводится больше теплоты. При адиабатном сжатии теплота не отводится.

В случае изотермического сжатия

или

С учетом массовой производительности G отводимая теплота составит Поскольку , имеем

где V₁ – объемный расход газа, м³.

В случае политропного сжатия . Учитывая, что в политропном процессе и после подстановки в последнее уравнение и некоторых преобразований получаем .

С учетом производительности

или

Осуществить изотермическое сжатие в реальном компрессоре нельзя из-за ограниченных возможностей теплопередачи от сжимаемого в цилиндре газа к охладителю. Наиболее эффективно водяное охлаждение, когда вода пропускается через водяную рубашку цилиндра компрессора. Но и при водяном охлаждении показатель политропы сжатия воздуха

Применяется также воздушное охлаждение. Воздухом обдувается наружная поверхность цилиндра, площадь которой увеличивается оребрением. При воздушном охлаждении сжатие идет по политропе с показателем n, близким к показателю адиабаты k. Воздушным охлаждением отводится в основном теплота, выделяемая вследствие трения подвижных частей компрессора. При неизотермическом сжатии температура газа возрастает, что приводит к нагреванию поршня и цилиндра. Разогрев трущихся деталей ограничен максимально допустимой температурой работы системы смазки.

Как отмечалось ранее, наличие в реальных компрессорах «мертвого» пространства влияет на производительность тем больше, чем выше степень повышения давления. Таким образом, степень повышения давления газа в одноступенчатом компрессоре ограничена по условиям теплового режима работы и необходимостью уменьшения уровня влияния «мертвого» пространства.

Для сжатия газов до необходимого на практике высокого давления применяются многоступенчатые компрессоры.

14.5. Мощность привода и кпд компрессора

В энергетике под КПД (коэффициентом полезного действия) понимают отношение полезно использованной энергии ко всей затраченной. И чем выше процент полезно использованной энергии из всего ее затраченного количества, тем выше КПД. Но в случае компрессорных машин такое определение КПД оказывается неприемлемым. Поэтому для оценки степени совершенства реальных компрессорных машин их сравнивают с идеальными. При этом для охлаждаемых компрессоров вводится термический КПД:

где – работа на привод идеального компрессора при изотермическом сжатии; – работа на привод реального охлаждаемого компрессора; – соответствующие мощности приводов двигателей,

При расходе газа затраченная работа определяется по формуле (работа сжатия принимается положительной): отсюда мощность приводного двигателя

Для неохлаждаемых машин вводится адиабатический КПД:

где l_ад – работа на привод идеального компрессора при адиабатическом сжатии.

Значения и для различных типов компрессоров определяются из заводских испытаний и приводятся в справочниках.

Мощность двигателя привода компрессора при изотермическом сжатии:

Адиабатный и изотермический процессы сжатия могут рассматриваться лишь как теоретические. В реальном компрессоре сжатие происходит по политропе. Формула для определения эффективной мощности в политропном процессе с учетом потерь на трение, влияния «мертвого» пространства, а также уменьшения подачи из-за нагрева имеет вид

где – работа на привод компрессора при политропном сжатии; – КПД компрессора при политропном сжатии; – механический КПД, учитывающий потери на трение; – КПД компрессора, учитывающий влияние «мертвого» пространства и подогрева газа.

Работа определяется по формуле: где показатель политропы находится, как правило, по параметрам газа в начале и в конце процесса.