3.1.2. Теорія генераторних пневмомашин

Робота реальних обємних компресорів і вакуумнасосів. Індикаторні діаграми. Розглянемо вплив реальних умов на роботу поршневого компресора і вид його індикаторної діаграми (рис. 3.5).

Дійсний тиск в циліндрі під час всмоктування виявляється нижче атмосферного тиску внаслідок пневматичних втрат тиску в лінії всмоктування. Реальна крива стиску наближено являє собою політропу, але кути діаграми закруглюються, оскільки, наприклад, клапани не можуть миттєво закриватись і відкриватись. Під час виштовхування тиск в циліндрі буде вище, ніж тиск в повітрязбірнику внаслідок втрат тиску у випускній лінії. Додаткові втрати тиску виникають при відкритті самодійних зворотних клапанів внаслідок їх інерції. Реальна машина ніколи не може виштовхнути весь заряд повітря у циліндрі. Частина повітря залишається у так званому шкідливому просторі обємом V_c. При зворотному ході поршня залишок повітря розширюється. Даному етапу відповідає крива розширення індикаторної діаграми, яка наближено аналогічна політропі. Подібні явища спостерігаються також при роботі реального поршневого вакуум-насоса. Індикаторні діаграми обємних компресорів і вакуумнасосів інших типів мають деякі відмінності, повязані з їх конструктивними особливостями.

Площа реальної індикаторної діаграми компресора визначає інди-каторну або внутрішню роботу А_і.

Для правильного порівняння дійсної індикаторної роботи з ідеальною необхідно враховувати обємні втрати повітря при роботі компресора. Для цього попередньо слід розглянути питання визначення продуктивності обємного компресора.

Продуктивність обємного компресора. Продуктивність компресора однозначно може бути виражена в одиницях масових витрат [кг/с]. Якщо ж продуктивність виражена в одиницях обємних витрат[м³/с], дійсна продуктивність може розрізнятись в залежності від густини  повітря згідно із залежністю

m = V, (3.1)

де m - масові витрати; V - обємні витрати.

Однак на практиці більш часто користуються обємними одиницями, при умові, що вони визначені при густині _а атмосферного повітря у вільному стані.

З врахуванням вищевикладеного визначимо продуктивність компресора. Продуктивність ідеального обємного компресора дорівнює

V_iд = V_h z n, (3.2)

де V_h – робочий обєм одної камери компресора; z – кількість камер, які працюють паралельно; n – частота обертання компресора [об/с].

У реального компресора продуктивність буде меншою внаслідок різ-них втрат

V = V_iд, (3.3)

де  - коефіцієнт подачі або коефіцієнт наповнення, що враховує обємні втрати.

Коефіцієнт  виражає вплив різних факторів, які зменшують продуктивність компресора і дорівнює добутку пяти відповідних коефіцієнтів

_v_p_t_h_w

_vназивається обємним коефіцієнтом. Він характеризує вплив шкідливого простору. Залишок повітря, що є у шкідливому просторі, при ході всмоктування розширюється і займає частину обєму циліндра. Обємний коефіцієнт може бути визначений теоретичним шляхом за індикаторною діаграмою. Згідно з діаграмою на величину даного коефіцієнта впливає обєм шкідливого простору V_c, обєм, що обмежується поршнем циліндра V_h, тиск початку p₁ і закінчення p₂ стиску, а також показник політропи розширення n. При врахуванні вказаних умов можна отримати такий вираз для визначення обємного коефіцієнта

_v 

_pназивається коефіцієнтом тиску. За допомогою даного коефіцієнта враховують вплив гідравлічного опору всмоктувальної лінії, що зменшує тиск всмоктування. Коефіцієнт тиску дорівнює відношенню тиску всмоктування р_в до атмосферного тиску р_а

_pр_в / р_а. (3.6)

_t – коефіцієнт температури, який враховує вплив розширення повітря внаслідок нагріву при всмоктуванні. Дорівнює відношенню атмосферної температури Т_а до температури повітря в циліндрі при всмоктуванні Т_в

_t = Т_а / Т_в. (3.7)

_h є коефіцієнтом нещільності, який враховує витоки. Коефіцієнт визначається дослідним шляхом. Величина його в залежності від технічного стану компресора може бути _h = 0,7 … .0,99.

_w є коефіцієнтом вологості. Даним коефіцієнтом враховується зменшення обєму повітря, повязане з конденсацією вологи після стиску. Значення коефіцієнта обирається в межах _w = 0,98 … 0,99.

Коефіцієнти корисної дії компресора. При відомому коефіцієнті подачі можна визначити індикаторну роботу в розрахунку на 1 кг отриманого стисненого повітря

А_i.п = А_i / m = А_i / _аV_h. (3.8)

У компресора і вакуумнасоса індикаторна робота більше ідеальної, тобто

А_i.п > А_з.

Відношення ідеальної роботи до індикаторної називається індикаторним або політропним ККД компресора

_i_nА_з / А_i.п. (3.9)

Індикаторним ККД враховуються гідравлічні втрати або втрати тиску та обємні втрати. Однак робота компресора повязана також з механічними втратами на тертя. Механічні втрати характеризують за допомогою механічного ККД, що дорівнює відношенню індикаторної роботи до приводної (ефективної) роботи

_nА_i.п / А_e. (3.10)

Відношення ідеальної роботи А_з до приводної (ефективної) роботи А_e називається ефективним ККД компресора

_eА_з /А_e. (3.11)

Крім названих, відомий ще ряд ККД, що використовуються для характеристики роботи компресорів.

Приводна потужність компресора. Якщо продуктивність компресора дорівнює m [кг/с] потрібна приводна потужність дорівнює

P = А_e m = А_e _a V. (3.12)