Компрессоры

По принципу действия подразделяются:

• Объемные: поршневые, ротационные;

• Лопаточные: центробежные, осевые (аксиальные).

Компрессоры низкого давления до 0,11 МПа – ВЕНТИЛЯТОРЫ.

1. Одноступенчатый поршневой компрессор

Н а рис.1.1. представлена принципиальная схема одноступенчатого поршневого компрессора

Рис.1.1. Принципиальная схема:

А – всасывающий клапан; B – нагнетающий клапан

При движении поршня вправо всасывающий клапан А открывается, а нагнетающий клапан В закрывается, при этом происходит всасывание газа в полость цилиндра компрессора.

При движении поршня влево клапан А закрывается, а В открывается при некотором заданном давлении, после чего происходит нагнетание газа через нагнетательный патрубок. Таким образом, одноступенчатый компрессор является двухтактной машиной: 1 такт – всасывание, 2 такт – нагнетание.

2. Теоретическая индикаторная диаграмма одноступенчатого поршневого компрессора

На рисунках представлены теоретические индикаторные диаграммы одноступенчатого поршневого компрессора в PV и TS координатах.

Рис.1.2. Теоретическая индикаторная диаграмма

Рис.1.3. Процесс сжатия в TS- диаграмме

Линия D-1 – всасывание газа в цилиндр компрессора. Всасывание заканчивается тогда, когда кривошип достигает нижней мертвой точки. Процесс всасывания D-1 не является термодинамическим процессом, т.к. масса газа в процессе всасывания переменна.

(1-2), (1-2’), (1-2”) – варианты сжатия газа в цилиндре, при движении поршня влево до момента открытия нагнетающего клапана. 1-2” – сжатие по адиабате (неохлаждаемый компрессор). 1-2’ – вариант изотермического сжатия, при котором вся выделенная теплота от сжатия полностью отводится от газа с помощью какой-либо системы охлаждения.

Этот вариант выгоден по двум причинам:

1. затрачивается наименьшая из возможных работ на привод компрессора;

2. сохраняется качество смазки.

Но добиться идеального охлаждения компрессора невозможно и поэтому в охлаждаемых компрессорах сжатие идет не по изотерме,

а по политропе 1-2 при этом показатель политропы n≈1,20…1,25 и n<k.

На рис.1.2: (2’-С), (2-С), (2”-С) – нагнетание сжатого до давления Р₂ газа в ресивер или непосредственно потребителю.

3. Работа привода компрессора

Если не учитывать потери на трение при движении поршня и сопротивление воздуха над поршнем при движении вправо, то теоретическая работа привода компрессора, отнесенная к 1кг газа из Рис.1.2 определяется как сумма работ:

А_о = пл(1-2-E-F) + пл(2-C-O-E) – пл(1-D-O-F)

пл(1-2-E-F) = A_сж

пл(2-C-O-E) = P₂V₂

пл(1-D-O-F) = P₁V₁

А_сж – работа, совершаемая приводом компрессора на этапе сжатия газа.

В термодинамике работа сжатия (работа над системой), определяемая общим уравнением является отрицательной

.

Окончательно:

(3.1)

,

поэтому А_сж = -А_сист

3.1. Работа привода при сжатии газа в одноступенчатом компрессоре по изотерме (идеально-охлаждаемый компрессор)

При T=const работа системы определяется по известной из общей термодинамики формулы:

,

,

Здесь:

RT=P₁V₁=P₂V₂

а) Работа привода на 1кг газа:

, [Дж /кг]

(3.2)

, [Дж /кг]

на практике важно знать работу привода для М (кг/час) газа.

Удельный объем всасываемого газа:

, где W₁ , [м³/ч] – объем всасываемого при Р₁ газа в час.

Удельный объем нагнетаемого газа:

, где W₂ , [м³/ч] – объем нагнетаемого при Р₂ газа в час.

Так как компрессор – машина периодического действия то удобнее работу компрессора определять для М [кг/час] газа или W₁ [м³/час] всасываемого газа или W₂ [кг/час] нагнетаемого газа.

б) работа привода для М [кг/час] газа.

Для того, чтобы перейти от 1кг газа к М (кг/час) нужно формулы для А₀ умножить на М (кг/час) и тогда:

(3.3)

, [Дж/час]

(3.4)

, [Дж/час]

в) работа привода при изотермическом сжатии, отнесенная к 1м³ всасываемого газа:

(3.5)

, [Дж/м³]

г) работа привода при изотермическом сжатии, отнесенная к 1м³ нагнетаемого газа:

(3.6)

, [Дж/м³]