Ідеальні цикли компресорних установок
Різні за конструкцією компресори характеризуються еквівалентними термодинамічними процесами, що відбуваються в них.
На рисунку зображена принципова схема одноступінчатого поршневого компресора і залежність у рv-координатах тиску від перемінного об'єму робочого тіла в циліндрі (тобто ходу поршня). При русі поршня з крайнього лівого положення в праве в циліндр машини через всмоктувальний клапан а надходить газ.
На діаграмі всмоктування зображується лінією 4-1. При зворотному русі поршня всмоктувальний і випускний клапани закриті і газ стискується по лінії 1-2 доти, поки не досягається тиск При тиску р2 відкривається випускний клапан б, і при подальшому русі поршня праворуч ліворуч буде відбуватися витиснення (процес 2-3) газу з циліндра компресора в нагнітальний трубопровід. При досягненні поршнем крайнього лівого положення випускний клапан закривається, відкривається впускний і процес повторюється.
Задачею термодинамічного аналізу компресора є визначення роботи, витраченої компресором при заданих початкових і кінцевих параметрах газу.
42
В одноступінчатому (одноциліндровому) компресорі ступінь стиску ε=р2/р1 звичайно не перевищує значення 6...8. Якщо потрібно стиснути газ до більш високого тиску, використовуються багатоступінчасті компресори. Підвищення тиску стиску приводить до підвищення температури наприкінці стиску, значення якої може перевищити припустимі для технічних цілей значення. У багатоступінчастих компресорах між ступінями стиску встановлюються теплообмінники, що забезпечують охолодження газу, стиснутого в попередній ступіні. Стиск у першому циліндрі відбувається по політропі 1-а, після чого газ надходить у проміжний охолоджувач, де він прохолоджується (теоретично при постійному тиску) до температури Т1 (процес а-Ь).
Після охолоджувача газ надходить у другу ступінь і стискується по політропі в-с, потім охолоджується по ізобарі c-d до температури Т1, після чого відбвається стиск у третій ступіні компресора по політропі d-e. Якби стиск здійснювався в одноступінчатому компресорі по лінії 1-2', величина витраченої роботи визначалася би площею 4-1-2'-3. Завдяки проміжному охолодженню повітря виграш у роботі еквівалентний площі a~2'-e-d-c-b~a. Лінії 1-а, в-с і d-e представляють у TS-коордииатах політропні процеси стиску в першому, другому і третьому циліндрах компресора, а лінії а-Ь і c~d — процеси ізобарного охолодження газу відповідно в охолоджувачах першої і другої ступіней. Заштриховані площі під кривими а-b і c-d визначають кількість теплоти, відведеної з охолоджувачів.
43
Ефективність роботи реального неохолоджуваного компресора визначається адіабатним ККД, рівним відношенню теоретичної роботи при оборотному адіабатному стиску lад до роботи lк витраченої в реальному компресорі на подачу 1 кг газу:
,
(11.6)
Значення коливається в межах 0,7...0,9.
Для оцінки роботи охолоджуваних компресорів користуються ізотермним ККД, рівним відношенню теоретичної роботи при ізотермному стиску lіз до роботи lк
,
(11.7)
Втрати на тертя в механізмах компресора враховуються механічним ККД ηм. Добуток адіабатного, або ізотермного ККД на механічний ККД дають значення ефективного ККД компресора ηе. Відповідно для неохолоджуваного й охолоджуваного компресора будемо мати:
