4.1.2. Адіабатичний і політропний коефіцієнти корисної дії

Адіабатичний ККД можна розрахувати, порівнюючи отриманий тиск з відповідним підвищенням температури. Прирівнявши вирази (4.7) і (4.9), отримаємо:

Рівняння (4.10) показує, що при будь-яких значеннях менших 100%,

рівняння (4.2) і (4.3) вже не справедливі. Фактично вони дійсні тільки для політропного стиснення і повинні бути скоректовані з урахуванням реальних умов політропного стиснення.

Перевага у використанні політропного ККД полягає в тому, що він залишається постійним для даного компресора, не залежно від властивостей газу або ступеня стиснення. Наприклад, за даними фірми «Елліот», політропний ККД багатоступінчатих компресорів цієї фірми має значення 76 - 78%.

Знаючи номінальні значення політропного ККД і підставляючи його в рівняння (4.11) та (4.10), можна обчислити адіабатичний ККД:

Для будь-якого компресора адіабатичний ККД завжди буде менший політропного. Згідно з розрахунками, адіабатичний ККД компресора з адіабатичним стисненням повітря при ступені стиснення, рівному 5, і складає

72,7%. Збільшення ступеня стиснення і відношення питомих теплоємностей призводить до зниження адіабатичного ККД.

Політропний тиск може бути розрахований по адіабатичному тиску і двом ККД

13. Характеристики поршневих компресорів.

В поршневому насосі чи компресорі з кожним обертом валу поршень проходить хід, описуючи певний об'єм (робочий об'єм циліндра) від всмоктуючого до нагнітаючого отвору. Однак не весь внутрішній об'єм циліндра є робочим, через те що існує так званий - шкідливий простір, з якого газ не витісняється поршнем. На рис.4.3 показаний один циліндр поршневого компресора, з'єднаний через клапан з всмоктуючою і нагнітальною лінією, тиски в яких рівні р₁і р₂. Поршень зображений в нижній мертвій точці, коли весь об'єм циліндра V1 заповнений газом при умовах всмоктування р₁ Т1.

При русі поршня вверх об'єм зменшується до V₂, при якому тиск газу буде рівний тиску р₂в нагнітальному трубопроводі. Тільки після цього почнеться виштовхування газу. З рівності (4.2) одержимо:

При переміщенні в верхню мертву точку поршень описує об'єм V_D, залишаючи шкідливий простір Vс. Реальний об'єм газу, який нагнітається за один хід поршня, V₂-V_с. Об'ємний к.к.д. компресора являє собою відношення об'єму нагнітаючого газу, приведеного до умов всмоктування, до робочого об'єму циліндра:

¹ Компресорфос.-компресор, англ.-compressor, тм.-kompressor) - машина для стискування повітря або іншого газу до надлишкового тиску не нижче 0,2МПа, компресії і переміщення газів під тиском.

² Ежектор(англ.-е/ес/ог, нім.-ejektor) - струминний насос для відсмоктування (при значному розрідженні) рідин, газів, пари або сипких мас за рахунок передачі кінетичної енергії від робочого середовища (що рухається) до відсмоктувального. Дія ежектора ґрунтується на розрідженні, що створюється у ньому струминою іншої рідини (пари, газу), котра швидко рухається.

Рис. 4.3. Поршневий компресор.

При положенні поршня в нижній мертвій точці газ стискається до тиску р₂, після чого поршень переміщається в верхню мертву точку, залишаючи шкідливий простір V2 і починається виштовхування газу.

Змінюючи V₂згідно рівняння (4.16) і V\ на V_c-V_Dодержимо залежність об'ємного к.к.д. від степеня стиску і відношення об'єму шкідливого простору до робочого об'єму циліндра:

Відношення Vс/VDможна розглядати як процентне відношення об'єму шкідливого простору. Згідно Евансу [2], фактичні значення об'ємного к.к.д. будуть на 2-5% нижче теоретичних для компресорів з мастилом, і на 4-10% для конструкцій, в яких мастило не передбачено, через втрати на вході і виході. Об'ємний к.к.д. безпосередньо не впливає на механічний чи робочий к.к.д. компресора - він характеризує тільки фактично використаний об'єм, порівняно з номінальним робочим об'ємом циліндра. Багато поршневих компресорів мають "порожнини шкідливого простору", які можуть автоматично відкриватися з метою зміни об'ємного к.к.д., а отже, і витрату виштовхувального газу. Теоретично відкриття цих порожнин не знижує значення робочого к.к.д..

Об'ємна витрата, приведена до умови всмоктування, рівна виробленню робочого об'єму циліндра, об'ємного к.к.д. і частоти обертів. Таким чином, графік залежності об'ємного к.к.д. від степеня стиску еквівалентний графіку залежності об'ємної витрати від степеня стиску при даній частоті обертів. На рис. 4.4, ілюструється вплив ступеня стиску і шкідливого простору на роботу компресора.В доповненні до порожнин шкідливого простору всмоктуючі клапани можуть бути автоматично "розвантажені", відкритими протягом всього робочого циклу.

Рис. 4.4. Графік впливу порожнини шкідливого простору на об'ємний к.к.д.

Це повністю виводить циліндр з робочого стану, без зупинки валу компресора. Деякі втрати при цьому обумовлені тим, що потік проходить через всмоктуючий клапан в обох напрямках. Однак, при короткочасних періодах регулювання, такий спосіб дозволяє уникнути втрат енергії і зносу компресора, які пов'язані з його запуском і зупинкою. Розвантажувальні пристрої використовуються в одноступінчатих компресорах, забезпечуючи двохпозиційне регулювання між двома межами значення тиску. При паралельній роботі декількох циліндрів, ці дозволяють регулювати продуктивність компресора, але без додаткового впливу на ступінь стиску.

Як розвантажувальні пристрої, так і порожнини шкідливого простору здійснюють ступеневе регулювання продуктивності. Якщо необхідно забезпечити постійний тиск чи витрату, то слід регулювати інші параметри. Найбільш бажано регулювати частоту обертів, але це можливо тільки при використанні для приводу компресора парових двигунів, двигунів внутрішнього згоряння чи турбін. Для компресорних установок електроприводи з регульованою частотою обертів надто дорогі. Слід уникати використання дросельних клапанів на всмоктуючих чи нагнітаючих лініях поршневих компресорів: закритий клапан може викликати аварію. Замість цього для регулювання тиску всмоктування, тиск нагнітання чи витрати, частина нагнітаючого потоку звично повертається в всмоктуючу лінію. Рециркуляційний потік повинен пройти через проміжний охолоджувач; якщо теплоту стиску не відводити до повернення газу в компресор, то температура рециркуляційного потоку буде неперервно зростати, що може привести до аварії. Тому рекомендується застосовувати клапан з лінійною характеристикою.