1.1.1 Характеристики теоретического поршневого компрессора
Основными характеристиками холодильного поршневого компрессора являются: производительность, потребляемая мощность и холодильный коэффициент.
Объёмная производительность:
где,
–
ход поршня;
–
число цилиндров;
частота
вращения коленчатого вала,
;
Производительность – это количество (объём) пара, прошедшее через компрессор в единицу времени.
Теоретическая массовая производительность:
,
где,
-удельный
объём всасываемого пара;
Холодопроизводительность компрессора:
,
(Вт),
где,
удельная
холодопроизводительность цикла;
Холодопроизводительность компрессора – это величина условная. Это холодопроизводительность холодильной машины, в составе которой работает данный компрессор.
Теоретическая мощность компрессора:
,
Вт
где,
удельная
работа компрессора;
где,
показатель
адиабаты сжатия;
Удельную работу компрессора можно найти из диаграммы:
Теоретический холодильный коэффициент:
1.2 Действительный поршневой компрессор
Рабочие процессы в действительном компрессоре значительно отличаются от теоретического компрессора. На работу действительного компрессора оказывают влияние ряд факторов, которые с одной стороны уменьшают объемную производительность, с другой стороны повышают потребляемую мощность.
Основные факторы следующие:
1. Наличие “мертвого” объёма.
В действительном компрессоре между поршнем и клапанной доской всегда существует некоторый зазор, который называется линейным мертвым пространством. Этот зазор необходим для компенсации тепловых расширений деталей компрессора, а также для исключения удара поршня о клапанную доску. Обьем между клапанной доской и поршнем называется вредным или “мертвым” объемом. В нем всегда находится часть пара, не участвующая в работе компрессора.
2. Утечки и перетечки пара.
Утечки пара имеют место в неплотностях клапанов. При сжатии и всасывании часть пара проходит через зазоры между пластиной клапана и седлом.
Перетечки возникают через неплотности между цилиндром и поршнем, через замки поршневых колец. В этом случае часть пара из полости нагнетания перетекает в полость всасывания.
3. Подогрев пара в компрессоре.
При работе компрессора температура всасывания пара измеряется перед компрессором во всасывающем трубопроводе. Двигаясь по полости всасывания компрессора, пар соприкасается с теплым маслом , со стенками картера, с поверхностью цилиндра и т. д. При этом всасываемый пар подогревается . В результате чего увеличивается удельный объём пара и уменьшается массовая производительность:
Ga=Vт/
вс
4. Гидравлические потери в клапанах.
В холодильных компрессорах всасывающий и нагнетательный клапаны самодействующие, т.е. открываются за счет разности давлений, закрываются под действием пружин. Чтобы клапан открылся необходимо преодолеть сопротивление пружин, для этого затрачивается дополнительная энергия.
5. Пульсации давлений.
В поршневом компрессоре происходят периодически процессы всасывания и нагнетания, т.е .пар всасывается и выталкивается через определенный промежуток времени, поэтому во всасывающем и нагнетательном трубопроводах возникают пульсации потоков, что приводит к увеличению гидравлических потерь в трубопроводах.
6. Трение.
В действительном компрессоре расходуется дополнительная энергия на преодоление сил трения. В цилиндро-поршневой группе, в кривошипно-шатунном механизме, в масляном насосе, в коренных подшипниках.
7. Не идеальность холодильного агента.
В действительности сжимаемый холодильный агент содержит различные примеси: смазочное масло, воздух, водяной пар, продукты разложения и т.д. Поэтому процесс сжатия не адиабатный, а политропный.
8. Теплообмен в цилиндре.
Процессы сжатия и расширения в цилиндре протекают очень быстро. Всасываемый холодный пар нагревается за счет теплообмена со стенками цилиндра. При этом стенки цилиндра охлаждаются. При сжатии пар нагревается и передает теплоту стенкам цилиндра. Эти процессы значительно влияют на коэффициент политропы сжатия и расширения.
Некоторые процессы, влияющие на рабочий цикл компрессора можно проследить по индикаторной диаграмме действительного компрессора (рисунок 2).
Рисунок 2 – Индикаторная диаграмма действительного поршневого компрессора.