2.5.3. Теоретический рабочий процесс в поршневом компрессоре
Понятие теоретический процесс для поршневого компрессора связано с введением определенных упрощений, которые позволяют рассчитать этот процесс простыми зависимостями, заимствованными из курса технической термодинамики.
Основными из этих допущений и упрощений являются следующие: отсутствует мертвый объем (нет процесса обратного расширения); утечки газа через неплотности рабочей полости равны нулю; нет гидравлических потерь при течении газа в каналах клапанов и трубопроводах; отсутствуют потери энергии на преодоление механического трения.
Как известно из термодинамики, работа в компрессоре затрачивается на сжатие и перемещение газа. Перемещение газа включает в себя движение его во всасывающем трубопроводе, из полости всасывания в цилиндр, из цилиндра в полость нагнетания и затем в нагнетательном трубопроводе.
Удельная работа на сжатие и перемещение газа в ступени равна:
.
В теории поршневых компрессоров нашли применение несколько видов термодинамических процессов, отличающихся друг от друга процессами сжатия. Это изотермический, адиабатический и политропический процессы.
Удельная работа в изотермическом процессе ( Т= const) равна:
,
в адиабатическом процессе (dQ =0)
,
,
в политропическом процессе
.
Мощность компрессора равна
,
.
Изотермическая мощность
.
Адиабатическая мощность
.
Политропическая мощность
.
2.5.4. Производительность действительного поршневого компрессора. Коэффициенты производительности
Производительность действительного компрессора меньше производительности теоретического одноступенчатого. Ее уменьшение при этом принято оценивать коэффициентом производительности :
.
Коэффициент
производительности
показывает, какую часть составляет
производительность компрессора в
действительном процессе от его
производительности в теоретическом.
Зависимость для действительной подачи компрессора равна:
.
Представим подачу компрессора в виде
,
,
где
и Vвс
- массовый
расход и объем свежего газа, поступившего
в цилиндр;
- массовый расход утечек газа из цилиндра;
1
- плотность
газа в конце процесса всасывания.
В свою очередь
,
,
.
Теоретическая подача компрессора равна:
,
тогда окончательно получим
,
где р. - коэффициент давления, учитывающий потери производительности из-за гидравлических потерь в процессе всасывания; Т - температурный коэффициент, учитывающий потери производительности от нагрева газа в процессе всасывания; v - объемный коэффициент, учитывающий потери производительности в связи с наличием мертвого пространства; г - коэффициент герметичности, учитывающий потери производительности за счет утечек.
В общую зависимость для коэффициента подачи вводят еще и коэффициент влажности для газов вл, содержащих влагу.
К таким газам, в частности, относится воздух:
;
,
тогда
,
где
- относительная влажность воздуха, на
всасывании в 1-ую ступень. Таким образом,
можно отметить, что уменьшение
производительности действительного
процесса компрессора обусловлено пятью
основными причинами: наличием мертвого
объема; гидравлическими сопротивлениями
потоку газа на пути от начала всасывающего
трубопровода до полости цилиндра;
подогревом газа при всасывании; утечками
через неплотности рабочей полости;
влажностью всасываемого газа.
Расчет и выбор коэффициентов производительности ступеней компрессора в проектных расчетах производится следующим образом:
объемного коэффициента
;
коэффициента герметичности
,
где
- коэффициент утечек,
;
- коэффициент относительных утечек из
ступени по соответствующим j-
каналам: клапанам -
=
0,01 - 0,05; поршневым уплотнениям -
=
0,01 - 0,05 - компрессоров одинарного действия;
=
0,003 - 0,015- компрессоров двойного действия;
сальниковых уплотнений -
Для газов, отличающихся по своим физическим свойствам от воздуха, величина относительных утечек должна быть пересчитана по формуле
;
коэффициент давления
0,95
- 0,98- для первых ступеней;
1,0 - для остальных ступеней, начиная с
третьей; температурный коэффициент
принимается в пределах
0,93
– 0,97