2.4.3. Теоретический и рабочий процесс в поршневом компрессоре

Понятие «теоретический процесс» для поршневого компрессора связано с введением определенных упрощений, которые позволяют рассчитать этот процесс простыми зависимостями, заимствованными из курса технической термодинамики.

Основными из этих допущений и упрощений являются следующие: отсутствует мертвый объем (нет процесса обратного расширения); утечки газа через неплотности рабочей полости равны нулю; нет гидравлических потерь при течении газа в каналах клапанов и трубопроводах; отсутствуют потери энергии на преодоление механического трения.

Работа в компрессоре затрачивается на сжатие и перемещение газа. Удельная работа на сжатие и перемещение газа в ступени

.

В теории поршневых компрессоров нашли применение несколько видов термодинамических процессов, отличающихся друг от друга процессами сжатия. Это изотермический, адиабатический и политропический процессы.

Удельная работа в изотермическом процессе (Т= const)

,

в адиабатическом процессе (dQ =0):

, ,

в политропическом процессе:

.

Мощность компрессора

, .

Изотермическая мощность

.

Адиабатическая мощность

.

Политропическая мощность

.

2.4.4. Производительность действительного поршневого компрессора

Производительность действительного компрессора меньше производительности теоретического одноступенчатого. Ее уменьшение при этом принято оценивать коэффициентом производительности :

_.

Коэффициент производительности показывает, какую часть составляет производительность компрессора в действительном процессе от его производительности в теоретическом.

Зависимость для действительной подачи компрессора

.

Представим подачу компрессора в виде

,,

где иV_вс – массовый расход и объем свежего газа, поступившего в цилиндр;– массовый расход утечек газа из цилиндра;₁ – плотность газа в конце процесса всасывания.

В свою очередь,

,,.

Теоретическая подача компрессора

,

тогда окончательно получим

,

где _р. – коэффициент давления, учитывающий потери производительности из-за гидравлических потерь в процессе всасывания;_Т – температурный коэффициент, учитывающий потери производительности от нагрева газа в процессе всасывания;_v– объемный коэффициент, учитывающий потери производительности в связи с наличием мертвого пространства;_г– коэффициент герметичности, учитывающий потери производительности за счет утечек.

В общую зависимость для коэффициента подачи вводят еще и коэффициент влажности для газов _вл, содержащих влагу.

К таким газам, в частности, относится воздух:

;_,

тогда

_,

где – относительная влажность воздуха, на всасывании в 1-ю ступень.

Таким образом, можно отметить, что уменьшение производительности действительного процесса компрессора обусловлено пятью основными причинами: наличием мертвого объема; гидравлическими сопротивлениями потоку газа на пути от начала всасывающего трубопровода до полости цилиндра; подогревом газа при всасывании; утечками через неплотности рабочей полости; влажностью всасываемого газа.

Расчет и выбор коэффициентов производительности ступеней компрессора в проектных расчетах производятся следующим образом:

объемный коэффициент

;

коэффициент герметичности

,

где – коэффициент утечек,;– коэффициент относительных утечек из ступени по соответствующимj-м каналам: по клапанам –= 0,01–0,05; по поршневым уплотнениям –= 0,01–0,05 (для компрессоров одинарного действия) и 0,003–0,015 (для компрессоров двойного действия); по сальниковым уплотнениям –

Для газов, отличающихся по своим физическим свойствам от воздуха, величина относительных утечек должна быть пересчитана по формуле

;

коэффициент давления 0,95–0,98 – для первых ступеней;1,0 – для остальных ступеней, начиная с третьей; температурный коэффициент принимается в пределах0,93–0,97.