1. Загальні відомості

Під нагнітанням розуміється сукупність процесів, послідовність яких досягається підвищення тиску газоподібних тіл з наступною подачею їх до споживача.

Для нагнітання парів та газів використовують машини, що називаються компресорами. Найбільш розповсюдженими є механічні компресори, до яких енергія підводиться у вигляді роботи. По принципу дії компресори поділяються на об’ємні та лопатеві. В об’ємних компресорах підвищення тиску досягається шляхом зменшення об’єму газу за рахунок зближення огороджуючи стінок. Вони бувають поршневими, шестеринчатими і ротаційними. В лопатевих компресорах стиснення відбувається у два етапи: спочатку газу в лопатевих каналах, завдяки обертанню ротора, надається значна швидкість, а далі в спеціальних нерухомих каналах (дифузорах) кінетична енергія потоку перетворюється в потенціальну, тобто внаслідок зменшення швидкості підвищується тиск потоку. Лопатеві компресори бувають центр обіжними та осьовими.

С хема поршневого компресора зображена на рис. 7.1 який складається із циліндра 1, в середині якого рухається поршень 2, що здійснює зворотно-поступальний рух за допомогою колінчатого валу 6 і шатуна 5. Крайні положення поршня називаються мертвими точками, а відстань між ними – ходом поршня. Стиснення може бути ізотермічним, адіабатним та політропним. Для ізотермічного стиснення необхідно відводити тепло від робочого тіла, що може бути досягнуто охолодженням зовнішніх стінок компресора. При адіабатному стисненні не повинно бути теплообміну робочого тіла зі стінками циліндра, вони повинні бути абсолютно нетеплопровідними. Робочий процес компресора зображений в P-v та T-s діаграмах, рис. 7.2. Відповідні процеси на цих діаграмах зображенні наступними лініями: 1-2_із – ізотермічне стиснення; 1-2_ад – адіабатне стиснення; 1-2_пол – політропне стиснення.

Рис. 7.2. Графіки процесу стиску в P-V та T-S - координатах

При всмоктуванні газ розширюється, тобто виконує додатну роботу. Якщо при цьому поршень з площею F перемістився на відстань S₁, то робота розширення газу рівна

. (7.1)

Для 1кг газу ця робота становить , де - питомий об’єм газу при параметрах всмоктування в компресор. При стиску газу по лінії 1 – 2^х робота яку він виконує рівна

. (7.2)

При виштовхуванні газу із циліндра (газ при цьому стискується) робота яку він виконує є – p₂∙v₂. Тоді загальна робота, яку виконує газ є сума цих трьох складових

. (7.3)

По відношенню до компресора для визначення його роботи необхідно поміняти знак на протилежний у кожному виразі складової роботи. Тоді рівняння (7.3) матиме вигляд

. (7.4)

При ізотермічному стиснені для ідеального газу , тоді рівняння для визначення питомої роботи нагнітання матиме вигляд

. (7.5)

При адіабатному стисненні ідеального газу, де , рівняння для визначення питомої роботи запишеться

; (7.6)

. (7.7)

де k – показник адіабати.

При політропному стиснені ідеального газу формула для визначення питомої роботи нагнітання подібна до (7.7)

. (7.8)

де n – показник політропи, - степінь підвищення тиску.