Продуктивність компресора

Продуктивність поршневих компресорів визначається об’ємом газу, що подається в одиницю часу в нагнітальний трубопровід, який приведений до умов всмоктування.

Теоретична продуктивність Q_т компресора рівна V_п, який описується поршнем за одиницю часу і може бути розрахована за виразом:

- компресор простої дії.

де F – площа поперечного перерізу поршня; S – довжина ходу поршня; n – число обертів кривошипно-шатунного механізму (або число подвійних ходів поршня); f – площа поперечного перерізу штока.

Однак f « F, тому продуктивність компресора подвійної дії практично буде вдвічі більше продуктивності компресора простої дії.

Дійсна продуктивність компресора:

- коефіцієнт подачі.

Для багатоциліндрових компресорів продуктивність множать на і- число циліндрів.

Коефіцієнт подачі

Коефіцієнт подачі представляє відношення об’єму газу V, що поступає в нагнітальний трубопровід (приведений до умов всмоктування) до об’єму V_п, який описується поршнем.

Коефіцієнт подачі враховує всі втрати продуктивності компресора, які відображені і не відображені на індикаторній діаграмі. До перших відносяться втрати пов’язані із зменшенням корисного об’єму циліндра при розширенні газу, що знаходиться у мертвому просторі. Ці втрати враховуються величиною . До інших відносяться втрати продуктивності за рахунок нещільностей в поршневих кільцях, клапанах, сальниках, а також за рахунок розширення всмоктуючого газу при контакті його з гарячими стінками циліндра і з змішуванням з нагрітими газами мертвого простору. Вказані втрати враховуються коефіцієнтом герметичності і термічним коефіцієнтом відповідно К – коефіцієнт подачі може бути визначений як добуток трьох коефіцієнтів:

=0,9 - 0,98; =0,9 - 0,98

Об’ємний коефіцієнт

Відношення об’єму газу, що всмоктує компресор до робочого об’єму циліндра називається об’ємним коефіцієнтом компресора:

Позначимо через х відношення різниці між повним об’ємом циліндра і фактично всмоктуваним об’ємом газу до об’єму V_п, який описує поршень:

Звідки

Процес розширення газу у мертвому просторі можна рахувати політропним з показником політропи m_р, дещо меншим за показник політропи m. Тому

де - об’єм, який займає газ після розширення його у мертвому просторі від тиску р₂ до тиску р₁.

З цього рівняння визначимо:

Тоді

Таким чином, величина об’ємного коефіцієнта компресора залежить від величини відносного об’єму мертвого простору , степені стиснення і показника політропи m_р газу. Продуктивність компресора буде тим більша, чим менша степінь стиснення, об’єм мертвого простору і чим більший показник кривої розширення газу в цьому просторі.

Границя одноступеневого стиснення.

Як було показано вище , об’ємний коефіцієнт зменшується із збільшенням степені стиснення і при деякому її значенні може стати рівним нулеві. Степінь стиснення , при якій об’ємний коефіцієнт компресора стає рівним нулеві, називається границею стиснення. При граничній степені стиснення газ, що знаходиться у мертвому просторі, розширюючись, займає весь об’єм циліндра. Всмоктування газу в циліндр припиняється і продуктивність компресора рівна нулеві.

Границя стиснення при політропному розширенні газу в мертвому просторі може бути визначена за умови =0:

Якщо компресори мають меншу степінь стиснення, ніж 0.7, вони практично невигідні, тому об’ємна границя степені стиснення знаходиться з рівняння:

Граничну степінь стиснення в залежності від температури в кінці стиснення можна розрахувати за допомогою рівнянь:

Рис. Індикаторна діаграма компресора при границі стиснення.

Так, при адіабатичному стисненні

На індикаторній діаграмі лінія стиснення і розширення зливаються в одну лінію, площа індикаторної діаграми і, відповідно, індикаторна потужність при границі стиснення рівні нулеві. Практично степінь стиснення при охолодженні циліндра не перевищує 5 (за виключенням малих компресорів, в яких степінь стиснення може бути підвищена до 8) і в середньому дорівнює 3-4.