Глава 15. Одноступенчатое сжатие в поршневом

КОМПРЕССОРЕ

§ 15.1. Рабочий процесс в цилиндре компрессора

Чередование этапов рабочего процесса в поршневом компрес­соре такое же, как в поршневом насосе. Однако при нагнетатель­ном ходе поршня газ сначала сжимается до тех пор, пока давление в рабочей камере не достигнет значения, достаточного для откры­тия нагнетательного клапана. Затем газ выталкивается поршнем через этот клапан в нагнетательный трубопровод. При движении поршня от крышки цилиндра давление в рабочей камере падает до давления всасывания не сразу, а лишь после того, как расши­рится газ, оставшийся к концу выталкивания в «мёртвом» про­странстве цилиндра. «Мёртвое» пространство находится в клапа­нах и каналах, а также в небольшом зазоре между поршнем, находящимся в крайнем положении, и крышкой цилиндра.

На индикаторной диаграмме (рис. 15.1, а) точка а соответ­ствует закрытию всасывающего клапана, b - открытию нагне­тательного клапана, с - закрытию нагнетательного и d - откры­тию всасывающего клапана. Линия da соответствует процессу всасывания, ab - сжатия, bc - выталкивания, cd - расширения остатка газа.

Рис. 15.1. Диаграммы рабочего процесса поршневого компрессора

Изменение давления всасывания и выталкивания (волнистые линии) является следствием двух влияний: переменного перепада давления в клапане и пульсаций потока во всасывающей и нагне­тательной линиях. В начале открытия всасывающего клапана вследствие малой щели наблюдается значительное снижение давле­ния (до точки M₁). В начале выталкивания давление по той же причине, наоборот, повышается (до точки М₂). Если клапан пол­ностью открыт, то потери давления в клапане непостоянны по­тому, что скорость газа в нем изменяется, следуя переменной ско­рости поршня. Поэтому даже при постоянном давлении во вса­сывающем и нагнетательных патрубках линии всасывания и вы­талкивания индикаторной диаграммы отклоняются от горизон­тальных прямых.

Изобары р_н и р_к, проведенные на диаграмме, соответствуют средним давлениям в патрубках компрессора. Когда клапан от­крыт, колебание внешнего давления распространяется на полость цилиндра. Это влияет на скорость течения газа через клапан и отражается на кривой давления. Поэтому точки а и с могут распола­гаться как на изобарах, так и ниже или выше их в зависимости от фазы пульсации газа в крайнем положении поршня.

Линии сжатия и расширения - политропы с переменным пока­зателем, что наглядно показано на диаграмме s, Т (рис. 15.1, б). В начале сжатия (точка а) температура газа ниже температуры стенок цилиндра и поршня. Поэтому процесс сжатия происходит с подводом тепла при показателе политропы большем, чем показа­тель адиабаты. При сжатии температура газа повышается, и на­правление теплообмена изменяется, как только температура газа превышает температуру стенок цилиндра и поршня. Газ начинает отдавать тепло, а показатель политропы изменяется от п > k в начале сжатия до п < k в конце сжатия. При равенстве темпе­ратур газа и окружающих стенок на мгновение теплообмен пре­кращается, и сжатие становится адиабатическим (п = k).

На той же диаграмме в координатах s, Т отражен процесс расширения «мертвого» остатка. Он начинается в точке с при тем­пературе более низкой, чем температура конца сжатия основной порции газа, с отдачей тепла до момента, когда температура газа не снизится до температуры стенок (при расширении отвод тепла характеризуется условием п > k). Дальнейшее расширение газа сопровождается нарастающим подводом тепла к газу, и процесс приближается к изотермическому (п < k) ^l.

______________

¹ Так как характер изменения давления и температур в цилиндре циклический, иногда говорят о «рабочем цикле» в поршневом компрессоре. Это выражение не рекомендуется, поскольку в термодинамике циклом называется замкнутый процесс, характеризующийся возвратом тел в исходное состояние, а в компрессоре осуществляется разомкнутый процесс изменения состояния основной нагнетаемой порции газа.

С увеличением частоты вращения вала компрессора процессы сжатия и расширения приближаются к адиабатическим, так как теплообмен проявляется слабее.