§ 103. Параметры атмосферного воздуха

Рабочей средой в нагнетателях обычно служит воздух. Свойства, определяющие состояние воздуха, называют термодинамическими параметрами. Наиболее распространенные из них – абсолютная температура, абсолютное давление и удельный объем (или плотность).

Абсолютная температура Т характеризует тепловое состояние воздуха. Тепло самопроизвольно переходит от более нагретых тел к менее нагретым. Соотношение между абсолютной температурой Т Кельвина и практической температурой t Цельсия определяется выражением Т=t+273.

Абсолютное давление р [Па] – величина, характеризующая интенсивность сил, действующих по нормали к поверхности тела и отнесенных к единице площади этой поверхности. В уравнениях термодинамики используют величины абсолютного давления; приборы, применяемые для измерения давления, показывают избыточное давление (манометры) либо разрежение (вакуумметры). Абсолютное давление

р=р_и+р_а,

где р_и –показание манометра (избыточное давление), Па; р_а – показание барометра (атмосферное давление), Па.

Удельный объем воздуха – объем, занимаемый единицей массы воздуха. Удельный объем V [м³/кг] связан с массой воздуха G и его объемом V соотношением V=V'/G.

Плотность ρ [кг/м³] воздуха

ρ=G/V'=l/V.

Плотность воздуха, которая зависит от изменяющихся температуры, давления и влажности, оказывает значительное влияние на характеристику работы нагнетателей, поэтому все параметры нагнетателей принято приводить к нормальным (стандартным) условиям. Нормальные атмосферные условия: абсолютное давление р₀=0,1 МПа; температура Т=293 К (t=20°С); относительная влажность воздуха φ=50%; плотность воздуха ρ₀=1,2 кг/м³.

Три параметра (р, V и Т) состояния воздуха связаны между собой уравнением, которое можно представить в виде F(p, V, Т) =0 или pV'=GRT, где R=287 Дж/(кг·К) – газовая постоянная воздуха (для нормальных условий); G – масса газа (воздуха), кг. Для 1 кг воздуха уравнение состояния имеет вид pV=RT. Уравнение состояния справедливо не только для идеальных, но и для реальных газов, которые достаточно далеки от сжижения.

Для удобства расчета плотности воздуха при заданных температуре, давлении и влажности в соответствии с уравнением состояния применяют поправочный коэффициент

,

где ρ₀, p₀, t₀ и R₀ – параметры, соответствующие нормальным атмосферным условиям; ρ, р, t и R – параметры, соответствующие условиям, при которых определяется ρ.

Тогда ρ=ρ₀/Δ.

Приведенные зависимости не учитывают влияния влажности воздуха, так как при температуре до 40°С оно весьма незначительно. Так, при t≤23°C значение R при повышении влажности с 50 до 100% увеличивается не более, чем на 0,6%, а при t=35°С такое же повышение влажности приводит к увеличению R на 1%.

Глава 25. Поршневые компрессоры

§ 104. Устройство, принцип действия и классификация поршневых компрессоров

Компрессоры – нагнетатели, предназначенные для сжатия и перемещения воздуха или газа.

Принцип работы поршневого компрессора аналогичен работе поршневого насоса. В зависимости от способа действия поршневые компрессоры бывают простого и двойного действия.

В поршневом компрессоре простого действия (рис. 71) поршень 2 совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре 3. При перемещении поршня слева направо атмосферный воздух благодаря разрежению поступает в цилиндр через всасывающий клапан 1. При обратном движении поршня воздух сначала сжимается от начального давления р₁ до конечного р₂. равного давлению в нагнетательном патрубке, после чего открывается нагнетательный клапан 4 и сжатый воздух поступает в нагнетательный трубопровод. Рабочий цикл поршневого компрессора совершается за два хода поршня, т. е. за один оборот вала компрессора.

Если сжатие воздуха происходит в компрессоре один раз, компрессор называется одноступенчатым. Для получения высокого давления применяют двух- и многоступенчатые компрессоры, в которых воздух последовательно сжимается в нескольких ступенях с промежуточным охлаждением. В двухступенчатом компрессоре воздух после сжатия в I цилиндре поступает в промежуточный холодильник, где охлаждается до первоначальной температуры. После этого воздух засасывается во II цилиндр, в котором вновь сжимается, и затем выталкивается в сеть.

Рис. 71. Схема поршневого компрессора простого действия

Поршневые компрессоры классифицируются следующим образом:

по назначению – воздушные, кислородные, аммиачные и т. п.;

по подаче – малой (до 10 м³/мин), средней (10–30 м³/мин) и.большой (свыше 30 м³/мин).

по конечному давлению – низкого (до 1 МПа), среднего (1–100 МПа) и высокого (свыше 100 МПа);

по числу ступеней сжатия – одно- и многоступенчатые;

по числу цилиндров – одно- и многоцилиндровые;

по расположению цилиндров – горизонтальные, вертикальные и наклонные;

по способу охлаждения – с водяным и воздушным.