8 Изменение производительности дросселированием на всасывании на примере одноступенчатого компрессора

Уменьшение плотности газа во всасывающем патрубке компрессора, а следовательно и производительности его осуществляется дросселированием газа на линии всасывания.

Давление газа во всасывающем патрубке компрессора при дросселировании определяется уравнением

,

где P_1I - давление во всасывающем патрубке до дросселирования;

Δ P_d – потеря давления при дросселировании.

При полностью открытой задвижке Δ P_d = 0, а при полностью закрытой Δ P_d → P_1I.

Процесс дросселирования можно считать изотермическим, поэтому плотность газа при этом процессе определяется уравнением

,

где ρ_1I и ρ`_1I - плотность газа во всасывающем патрубке до и после дросселирования.

В реальном компрессоре при дросселировании всасываемого газа производительность будет уменьшаться как за счет плотности ρ, так и за счет объемного коэффициента.

Рассмотрим изменение производительности одноступенчатого компрессора дросселирвоанием на всасывании.

а, б и в – схематизированные индикаторные диаграммы соответственно без дросселирования (нормальная работа) и при различной глубине дросселирования.

Степень уменьшения производительности опредилится уравнением

.

Однако S_n = S`<sub>n</sub>, n<sub>0</sub> = n`₀.

Принимая также постоянными λ_г, λ_d, λ_m, получим

.

В случае индикаторной диаграммы «b» расширяющийся из мертвого пространства газ заполнит весь объем цилиндра, и производительность компрессора становиться равной нулю.

Дросселированием с помощью задвижки можно плавно изменять давление газа P`<sub>1I</sub> от P<sub>1I</sub> до P``<sub>1I</sub> и при этом производительность компрессора тоже плавно будет изменяться от номинальной до нулевой. Однако при уменьшении P`_1I возрастает степень повышения давления газа в цилиндре Е`_ц, а при Е``_ц > 7 в цилиндре могут возникнуть температуры, опасные для смазочных масел.

Последнее обстоятельство ограничивает глубину дросселирования и предел изменения δ.

При полном перекрытии всасывающего патрубка произойдет кратковременное повышение температуры газа в цилиндре, а затем, при достаточно интенсивном охлаждении его, температура газа снизится (до допустимой).

Если полностью перекрывается линия всасывания, то в цилиндре возникает вакуум. Это делает возможным подсос воздуха и масла в поршневых компрессорах из картера в цилиндр. Скопление масла в цилиндре может привести к гидравлическому удару и аварии машины.

Так же нежелательным является и подсос воздуха в цилиндры газовых компрессоров. Эти явления необходимо учитывать. Полное закрытие всасывающего патрубка применяется главным образом только в малых машинах.

Затраты мощности на привод компрессора N_к определяется уравнением

.

Индикаторная мощность будет равна (n_с = n_р).

,

где V_h – объем, описываемый поршнем за сек;

Кривая N`<sub>ин</sub> = f(Е`_ц) при дросселировании имеет максимум при Е`_ц= Е_пр.

Величина Е_пр определяется из уравнения

.

Если не принимать во внимание влияние мертвого пространства, т.е. а = 0, то

.

Величина Е`_пр для идеального компрессора:

а) при адиабатном сжатии Е`_ц.пр.= 3,24.

б) при изотермическом сжатии Е`_ц.пр.= 2,718.

Однако наличие мертвого пространства смещает максимум индикаторной, работы в сторону меньших величин Е`_ц.пр.

Так, при а = 0,1 и адиабатическом сжатии Е`<sub>ц.пр.</sub>= 2,69, а при изотермическом сжатии Е`_ц.пр.= 2,22.

Рассмотрение зависимости N`<sub>ин</sub> = f(Е`_ц) показывает, что при повышении величины Е`<sub>ц</sub> от 1 до Е`_ц.пр.вследствие дросселирования на всасывании происходит снижение производительности компрессора и одновременное возрастание затрат мощности на привод компрессора.

Следует заметить, что этот участок практически не является рабочим, так как обычно степени повышения давления газа в одноступенчатом компрессоре даже без дросселирования выше, чем Е`<sub>ц.пр</sub>. На остальном участке кривой при Е`_ц.пр.< Е`<sub>ц</sub>, вместе с увеличением Е`_ц и снижением N`_ин .

Однако снижение N`_ин происходит менее интенсивно, чем снижение V₁.

; .

Кривые графика показывают на непрерывное увеличение отношений удельных индикаторных работ и падение КПД с уменьшением производительности.

Из этого следует, что рассматриваемый способ изменения производительности не является экономичным.