10.2 Теоретическая индикаторная диаграмма поршневого компрессора

Рис. 10.4. Теоретическая индикаторная диаграмма одноступенчатого

Компрессора

Точка 1 на диаграмме (рис.10.4) соответствует положению поршня в цилиндре компрессора (см. раздел 10.1.1), когда весь цилиндр заполнен газом низкого давления. Объем газа при этом равен . Кривая 1-2 соответствует процессу сжатия газа в компрессоре от давлениядо давления. При закрытых всасывающем и нагнетательном клапанах. В точке 2 процесс сжатия заканчивается. Точка 2 соответствует моменту открытия нагнетательного клапана. Горизонтальная прямая 2-3- линия нагнетания, соответствует процессу выталкивания газа из цилиндра в резервуар высокого давления. Точка 4 соответствует открытию всасывающего клапана, а прямая 4-1 изображает процесс наполнения цилиндра газом из резервуара низкого давления(прямая всасывания).

Линии всасывания 4-1 и нагнетания 2-3 не изображают термодинамических процессов, так как параметры состояния рабочего тела в них остаются неизменными.

Работа , затраченная на сжатие 1 кг воздуха в процессе 1-2:

. (10.1)

Величина работы всегда отрицательна, так как работа совершается над газом.

Из рис. 10.1 видно, что работа , затраченная на сжатие 1 кг газа в одноступенчатом компрессоре, графически изображается пл. 12341 и определяется по формуле:

. (10.2)

Т.к. , то. Подставив последнее выражение в (10.2), имеем:

. (10.3)

10.3 Влияние процесса сжатия на величину работы одноступенчатого компрессора

Процесс сжатия газа в компрессоре (рис. 10.5) в зависимости от условий теплообмена между рабочим телом и стенками цилиндра может осуществляться по адиабате 1-2( n=k), изотерме 1-2 (n= 1) или политропе 1-2 (nk­), 1-2( nk­).

a	б

Рис. 10.5. Теоретическая индикаторная диаграмма получения сжатого газа

В компрессоре в зависимости от способа сжатия:

а- в vP – диаграмме; б - в sT – диаграмме.

Т.к. пл.1234пл.1234пл.1234, то , то есть изотермический процесс сжатия является наиболее выгодным с точки зрения затраты работы.

Выражение (10.1), в зависимости от характера процесса сжатия, принимает следующие значения:

• Изотермическое сжатие

. (10.4)

• Адиабатное сжатие

. (10.5)

• Политропное сжатие

. (10.6)

Полная работа одноступенчатого компрессора (выражение 10.3) определяется следующим образом.

• Изотермическое сжатие

. (10.7)

Количество теплоты, отводимое от 1 кг идеального газа в процессе сжатия:

.

• Адиабатное сжатие

(10.8)

Т.е., работа на привод компрессора в раз больше работы адиабатного сжатия.

Уравнение (10.7) можно представить в другом виде. Работа сжатия в адиабатном процессе:

. Тогда, согласно уравнению 10.2, имеем:

. (10.9)

При адиабатном сжатии работа на привод компрессора по абсолютной величине равна разности энтальпий в конце и в начале процесса сжатия. Уравнение (10.9) справедливо как для реального, так и идеального газов.

• Политропное сжатие

Количество теплоты, отводимое от 1 кг идеального газа в процессе политропного сжатия, можно определить по уравнению: .

(10.10)

4. Действительная индикаторная диаграмма компрессора

Действительная индикаторная диаграмма компрессора (рис. 10.6) отличается от теоретической. Это отличие обусловлено потерями на дросселирование во впускном и нагнетательном клапанах и наличием вредного пространства.

Вследствие сопротивления, оказываемого впускным и нагнетательным клапанами проходящему газу, всасывание происходит при давлении газа в цилиндре, меньшем, чем давление среды, из которой происходит всасывание, а нагнетание происходит при давлении большем, чем давление в нагнетательном патрубке.

Рис. 10.6. Действительная индикаторная диаграмма компрессора

В реальном компрессоре между поршнем, находящемся в крайнем верхнем положении, и крышкой цилиндра с клапанами всегда должен быть зазор, которому соответствует некоторый объем , называемыйвредным пространством. Вследствие этого в процессе 2-3 (рис. 10.6) не весь газ выталкивается из цилиндра, а оставшаяся часть его, сжатая во вредном объеме , при движении поршня в обратном направлении расширяется по линии 3-4. При этом всасывание воздуха в компрессор начинается в т. 4. Поскольку при ходе всасывания часть рабочего объема заполняется расширяющимся газом вредного пространства, полезный рабочий объем цилиндрауменьшается до действительного объема всасывания. В связи с этим вводят понятие объемного КПД компрессора, учитывающего влияние вредного объема на производительность компрессора:0,75…0,9.

В предельном случае линия нагнетания 2-3 превращается в точку и всасывание газа в цилиндр прекращается. Поршень работающего компрессора периодически сжимает одно и то же количество газа без нагнетания, то есть производительность компрессора равна нулю.