Лекция 7 Поршневые компрессоры
7.1 Классификация поршневых компрессоров
Поршневые компрессоры классифицируются по следующим признакам:
1) способ приведения в действие – компрессоры с кривошипно-шатунным механизмом (с приводом от обособленного двигателя через трансмиссию или непосредственно со встроенным двигателем, в том числе газомоторные компрессоры) и дизель-компрессоры со свободными поршнями (СПДК);
2) число ступеней компрессора – одно-, двух-,..., семиступенчатые;
3) число цилиндров – одно-, двух-, многоцилиндровые;
4) расположение осей цилиндров – вертикальные, горизонтальные, угловые. К угловым относятся машины с вертикально-горизонтальным и с наклонным расположением цилиндров (V-образные, веерообразные и звездообразные);
5) производительность всасывания – малые (до 10 м3/мин), средние (10-100 м3/мин) и крупные (свыше 100 м3/мин);
6) конечное избыточное давление – низкого давления (до 1 МПа), среднего давления (1-10 МПа), высокого давления (свыше 10 МПа).
7) состав сжимаемого газа – воздушные, кислородные, аммиачные, азотноводородные, для природного газа и др.;
8) установка – стационарные, полустационарные, передвижные;
9) охлаждение – с воздушным, с внутренним водяным и с внешним (промежуточным).
7.2 Принцип действия поршневых компрессоров
Чередование процессов всасывания и нагнетания 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 величины, достаточной для открытия нагнетательного клапана, и уже затем выталкивается поршнем через этот клапан в нагнетательный трубопровод. Кроме того, при движении поршня от крышки цилиндра давление в рабочей камере падает до давления рн не сразу, а лишь после того, как расширится газ, оставшийся к концу выталкивания в «мертвом» пространстве цилиндра. «Мертвое» пространство находится главным образом в клапанах и каналах, а также в небольшом зазоре между поршнем и крышкой.
На индикаторной диаграмме (рис. 7.1) точка а соответствует закрытию всасывающего клапана, b – открытию нагнетательного клапана, с – закрытию нагнетательного клапана и d открытию всасывающего клапана. Линия da соответствует всасыванию, аb – сжатию, be – выталкиванию, cd – расширению остатка газа.
Рис. 7.1 – Рабочий процесс поршневого компрессора
Изменение давлений всасывания и выталкивания, изображенное волнистыми линиями, вызывается изменением гидравлического сопротивления клапанов. В начале открытия всасывающего клапана вследствие малой щели наблюдается значительное снижение давления (до точки M1). В начале нагнетания, по аналогичной причине, давление повышается (до точки М2). На большей части хода один из клапанов полностью открыт, но и при этом условии потери давления в клапане не постоянны, так как скорость газа в нем изменяется, следуя переменной скорости поршня. Поэтому даже при постоянном давлении во всасывающем и нагнетательном патрубках цилиндра линии всасывания и нагнетания индикаторной диаграммы отклоняются от горизонтальных прямых.
На индикаторной диаграмме отражаются также колебания давления в патрубках цилиндра, порождаемые пульсирующим характером потока газа.
Конечное рк и начальное рн давления, называемые номинальными, представляют собой средние интегральные по времени давления перед всасывающим и за нагнетательным клапанами. Амплитуда колебания давления в патрубках в отдельных случаях достигает 25% и более от номинального давления.