Лекция 9 Тепловой расчет поршневого компрессора

9.1 Рабочий процесс поршневого компрессора;

9.2 Рабочие коэффициенты поршневого компрессора;

9.3. Расчет и выбор типа компрессора.

9.1 Рабочий процесс поршневого компрессора

Схема действия поршневого компрессора приведена на рис 9.1. При движении поршня 1 вниз давление в полости цилиндра 4 становится меньше давления под клапанами 3, в результате чего они открываются, и пары хладагента из всасывающего трубопровода 2 поступают внутрь цилиндра. Засасывание паров хладагента в цилиндр продолжается на всем протяжении хода поршня до нижней мертвой точки. При движении поршня вверх клапаны 3 закрываются, давление в полости цилиндра повышается. Когда оно станет несколько больше давления над ложной крышкой 6, открываются клапаны 7 и сжатые пары хладагента выталкиваются из полости цилиндра в нагнетательный трубопровод 9. Ложная крышка 6 прижимается к цилиндру пружиной 8, что предохраняет компрессор от гидравлических ударов при попадании в цилиндр жидкого хладагента.

Охлаждающая вода поступает в рубашку компрессора через патрубок 5, а удаляется через патрубок 10.

В процессе всасывания, сжатия и выталкивания пары хладагента движутся, не меняя своего направления, поэтому компрессор такого типа называется прямоточным.

Рисунок 9.1 – Схема действия поршневого компрессора

За один оборот вала компрессора в каждом цилиндре совершается полный цикл: всасывание, сжатие, нагнетание и расширение. Следует отметить, что теоретический и действительный рабочие процессы компрессора на индикаторной диаграмме выглядят различно. При построении теоретической индикаторной диаграммы принимают, что в начале движения поршня из левого крайнего положения в правое открывается всасывающий клапан и пары хладагента поступают в цилиндр компрессора при постоянном давлении Р_о, равном давлению в испарителе. При этом температура и давлением паров также остаются постоянными. Объем цилиндра компрессора V_ц равен объему, который описывает поршень V_h. Весь этот объем заполняется парами хладагента при постоянном давлении Р_о. Линия 1-2 изображает процесс всасывания паров.

Процесс всасывания заканчивается в тот момент, когда поршень достигает крайнего правого положения. В этот момент, всасывающий клапан закрывается и при обратном ходе поршня происходит адиабатическое сжатие паров в компрессоре до давления Р_к, равного давлению в конденсаторе (линия 2-3). При этом давлении открывается нагнетательный клапан, через который пары хладагента при дальнейшем движении поршня влево выталкивается из цилиндра (линия 3-4) в конденсатор при постоянном давлении Р_к. В теоретическом цикле цилиндр не имеет мертвого пространства и поэтому весь хладагент выталкивается из цилиндра.

Рисунок 9.2 – Индикаторные диаграммы теоретического (а) и действительного (б) цикла компрессора.

Действительная индикаторная диаграмма отличается от теоретической наличием мертвого пространства пары поршень- цилиндр, а также наличием гидравлического сопротивления у клапанов всасывания, нагнетания и соединительных трубопроводов.

Мертвое пространство необходимо для предотвращения разрушения цилиндра вследствие увеличения размеров кривошипно-шатунного механизма при его нагревании.

Действительный цикл в компрессоре происходит в следующей последовательности. Всасывание 1-2 происходит при давлении Р_о, которое на Р_о ниже давления кипения из-за сопротивления во всасывающем клапане и трубопроводе. При обратном ходе поршень сжимает пары хладагента (линия 2-3) с повышением их температуры и давления, а на участке 2-2¹ часть хода используется на доведение давления в цилиндре до Р_о. Уменьшение объема всасывания, вызванное сопротивлением в клапане и трубопроводе, на диаграмме изображено отрезком С₂, который будет возрастать с увеличением Р_о.

Пары хладагента выталкиваются в конденсатор (точка3) под давлением на Р_к выше давления конденсации Рк ввиду сопротивления в нагнетательном клапане и трубопроводе. Из-за наличия вредного пространства V_o не все пары выталкиваются в нагнетательный трубопровод; часть оставшихся паров расширяется при обратном ходе поршня (линия 4-1). Отрезок С₁ показывает расширение паров до давления в испарителе. Для сухого пара линия расширения идет более отвесно, для влажного пара кривая 4-5 более пологая.