Компрессорных машин

1. Рабочий процесс одноступенчатого компрессора и изображение его в p-V и t-s координатах.

2. Работа и мощность на привод компрессора.

3. Термодинамическое обоснование многоступенчатого сжатия.

Идеальный процесс одноступенчатого компрессора в PV координатах при изотермическом, адиабатном и политропном сжатии воздуха.

Компрессоры бывают: объемные, поршневые, роторные, лопастные, центробежные.

1. При сжатии воздуха по закону T = const тепло эквивалентное работе привода отводится в систему охлаждения.

2. При сжатии по закону TV^k = const, работа прибора идет на увеличение внутренней энергии воздуха.

3. При сжатии по закону PVⁿ = const, когда 1 < n < k часть работы привода идет на увеличение внутренней энергии воздуха, а часть уходит за счет охлаждения компрессора.

1. Работа при PV = const.

ℓ_из = пл. 1,2,4,7+ пл. 2,3,0,4 – пл. 1,7,0,0'

пл. 1,2,4,7 = Дж/кг;

пл. 2,0,0,4 = ℓ₂ = P₂V₂ Дж/кг;

пл. 1,7,0,0' = ℓ₃ = Р₁V₁ Дж/кг

следовательно: ,

а т.к. P₁V₁ = P₂V₂ = RT₂, то

2. Работа при PV^k = const.

ℓ_ад = пл.1,2'',6,7+пл. 2'',3,0,6 – пл. 1,7,0,0'

заменим площади их значением:

_{приведем к общему знаменателю:}

, т.к. ℓ_ад = -Δu, то

_{3. Работа на привод при PV}ⁿ _= const

_{По аналогии с PV}^k _{= const, для политропного процесса} ^{то работа на привод одноступенчатого компрессора}

_{при PV}^k _{= const и PV}ⁿ _{= const в «k» и «n» раз больше, чем в процессах адиабатного и политропного расширения газов.}

_{Конечная температура сжатия определяется степенью повышения давления. При большой конечной температуре возникает опасность самовоспламенения смазки, поэтому Ткон. должна быть меньше Твоспл. смазки, этим ограничивается степень повышения давления в одноступенчатом компрессоре. В одноступенчатом компрессоре степень повышения давления не должно превышать 4-6, в противном случае применяют многоступенчатое сжатие с промежуточным охлаждением.}

Термодинамическое обоснование многоступенчатого сжатия

Схема 2-х ступенчатого сжатия 2-х ступенчатым компрессором:

1 – С.Н.Д.; 2 – С.В.Д.; 3,5 – вс. клапана; 4,6 – вых. клапана; 7 – холодильник; 8 – коленвал; 9 – маховик.

_{2-х ступенчатое сжатие в PV координатах:}

_{0-1– линия всасывания в С.Н.Д. при P = const, точка 1 соответствует НМТ}

_{поршня С.Н.Д. с Р1 и Т1.}

_{1-2 – сжатие в С.Н.Д., точка 2 соответствует положению поршня в ВМТ,}

_{с Р2 и Т2.}

_{2-3 – охлаждение в холодильнике при P = const, Т2 изменяется до Т1 и газ}

_{поступает в С.В.Д., точка 3 соответствует Р2, Т2=Т1 и положение поршня}

_{С.В.Д. в Н.Н.Т.}

_{3-4 – сжатие в С.В.Д., точка 4 соответствует Р4, Т4 и поршень С.В.Д. находится в ВМТ.}

_{4-5 – нагнетание газа в ресивер трубопровод и т.п.}

_{Процесс сжатия газа в двухступенчатом компрессоре в T-S координатах.}

_{0-1– процесс всасывания.}

_{1-2; 3-4 – адиабатное сжатие в С.Н.Д. и С.В.Д.}

_{2-3; 4-5 – охлаждение и нагнетание газа в С.Н.Д. и С.В.Д. при P = const.}

^{– объемный к.п.д. компрессора.}

_{Vвс – объем за ход поршня от ВМТ до НМТ;}

_{Vh – геометрический объем цилиндра.}

_{Объемный к.п.д. не учитыват неплотности колец, клапанов, нагрев воздуха, поэтому существует понятие коэффициента наполнения:}

_{Qд – действительная производительность;}

_{Qт – теоретическая производительность.}

_{ηv = η0∙ φэ,}

где φ_э = 1,01÷0,022 - коэфф. эффект. всасыв.; η₀ – объемный к.п.д.

Давление сжатого воздуха в конце С.Н.Д. определяют из условия, что Т₂ = Т₁ и Т₂ = Т₄, если n = const, то

для С.Н.Д. для С.В.Д. ,

а т.к. и Р₂ = Р₃ , то или , т. е. .

Если охлаждение происходит при Р = const до Т₁, то

Степень повышения давления одинаковое для всех ступеней. Поэтому можно записать: т.е. , если Р_нач = 1 ат, то или при «m» ступенях: , т.е. давление газа при сжатии в каждом цилиндре многоступенчатого компрессора увеличивается в одно и то же число (х), поэтому: ℓ₁ = ℓ₂ = ∙∙∙ = ℓ_n.  На этом основании для двухступенчатого компрессора L = 2ℓ, а для «m»  ступеней:

L = m∙ℓ, где с учетом вышеизложенного смотри «работа сжатия при PV = const»

Если вместо V₁ подставить объемную подачу, представляющую отношение объема газа ко времени, то получим теоретическую мощность привода компрессора:

,

где , м³/с

где F – площадь поршня;

S – ход поршня;

n – частота вращения коленвала.