7.1. Классификация компрессорных машин

Классификацию компрессорных машин (КМ) можно провести по разным признакам:

– по развиваемому давлению;

– по характеристике сжимаемого газа;

– по принципу действия;

– по способу установки и расположению рабочих органов;

– по развиваемой производительности.

Классификация по развиваемому давлению. Энергия, сообщаемая компрессорной машиной газу, обычно оценивается в удельных значениях, отнесенных к единице объема , т.е. измеряется давлением.

Если абсолютное давление до сжатия газа – , после сжатия – , то степень повышения давления . По степени сжатия газа различают:

– компрессоры ;

– газодувки (воздуходувки) ;

– вентиляторы .

Вакуум-насосы – машины, предназначенные для сжатия газа, находящегося под большим разрежением, до давлений, лишь незначительно превышающих атмосферное.

Эксгаустеры – машины, сжимающие большое количество газа, находящегося под разряжением, до давлений, несколько превосходящих атмосферное.

Классификация по характеристике сжимаемого газа. По этому признаку различают машины:

– воздушные;

– для сжатия инертных газов;

– для сжатия химически агрессивных и токсичных газов («газовые машины»). Газовые машины требуют применения специальных материалов для некоторых узлов и специальную смазку рабочих органов.

Классификация по принципу действия:

В объемных компрессорах сжатие газа происходит в результате периодического уменьшения объема, занимаемого газом. В динамических машинах сжатие происходит в результате непрерывного создания ускорений в потоке газа.

Классификация по способу установки и расположению рабочих органов. По способу установки – стационарные и передвижные КМ.

По расположению рабочих органов КМ (штоков, поршней, валов рабочих колес) – горизонтальные, вертикальные, наклонные.

Динамические КМ, как правило, выполняются горизонтальными.

Поршневые компрессоры могут иметь вертикальные, горизонтальные и наклонные цилиндры.

Классификация по развиваемой производительности. Различают:

– малые компрессоры производительностью до 0,015 м³/с;

– средние компрессоры – м³/с;

– крупные компрессоры – м³/с.

Вентиляторы и газодувки относятся к группе средних и крупных машин.

7.2. Термодинамические основы сжатия газов

Для анализа работы КМ введем понятие идеальной КМ. Машина идеальна тогда, когда

– в конце нагнетания сжатый газ полностью выталкивается из рабочей камеры, т.е. мертвое пространство отсутствует;

– на всем протяжении процесса всасывания и нагнетания параметры газа (давление и температура) остаются постоянными;

– утечки газа через неплотности и потери энергии на механическое трение отсутствуют.

Рабочий процесс идеальной КМ представлен на рис. 7.1.

Рабочий процесс складывается из трех стадий:

– всасывание при p₁ = const (линия ab);

– сжатие газа от давления до (линия bc) и уменьшение объема газа от до ;

– нагнетание сжатого газа при p₂ = const (линия cd).

Работа , затраченная КМ, расходуется на сжатие газа , на перемещение газа и на приращение кинетической энергии :

(7.1)

Как известно из термодинамики, работа сжатия и перемещения выражается площадью диаграммы abcd:

(7.2)

Рис. 7.1. Рабочий процесс идеальной компрессорной машины

Тогда баланс механической энергии запишется:

(7.3)

где m – масса газа, и – абсолютные скорости газа на входе в машину

и выходе из неё.

Отнесем работу машины к единице массы газа. Тогда получим:

(7.4)

где – удельная работа сжатия единицы массы газа,  – плотность газа.

Первый член правой части выражения (7.4) представляет собой удельную работу, затраченную машиной на приращение потенциальной энергии газа, а второй – удельную работу, затраченную на приращение его кинетической энергии.