13. Компрессоры

13.1 Компрессоры

К компрессорам относятся:

1. Вентиляторы, создающие избыточное давление газа до 0,1 ат.

2. Воздуходувки, создающие избыточное давление газа до 2 ат.

3. Собственно компрессоры – от 2 ат до неограниченного давления.

При работе компрессора, в процессе сжатия газов, резко возрастает его температура. Последнее обстоятельство неприятно не только тем, что повышение t^o влечет значительные дополнительные затраты работы. При этом термические нагрузки на подвижные детали компрессора возрастают, что затрудняет смазку трущихся деталей. Степень повышения давления (

должна быть менее восьми, так как при большем

происходит возгорание масла.

Для повышения давления сжимаемого газа и экономичности обычно применяют не одноступенчатое, а многоступенчатое сжатие с промежуточным охлаждением сжимаемого газа между ступенями.

Схематично 3-х ступенчатый поршневой компрессор представляет собой систему из 3-х поршней различного диаметра, жестко сидящих на одном валу и движущихся каждый в своем цилиндре (рис.57).

Рис. 57

В данном компрессоре между цилиндрами устанавливаются поверхностные водяные холодильники, проходя через которые газ, не снижая своего давления, уменьшает свою температуру до значения, близкого к t^о охлаждающей среды. Обычно Р₂/Р₁=Р₄/Р₃=Р₆/Р₅=

.Отсюда

=Р₂ Р₄ Р₆/Р₁Р₃Р₅. Степень повышения давления в каждой ступени

. Или при n ступенях

. (140)

Очевидно, что работа многоступенчатого компрессора определяется как сумма работ всех ступеней.

13.2 Определение работы ступени идеального компрессора

Идеальный – компрессор, объем камеры сжатия которого равен 0 (см. рис. 58).

Принято во всех расчетах принимать

работу, затраченную внешним источником, положительной. При этом очевидно, что работа выталкивания и собственно сжатия – положительная, а работа всасывания – отрицательная.

Линии 2-3 и 4-1 – индикаторные линии (параметры не меняются, а количество рабочего тела увеличивается). Но площадь под

Рис. 58

индикаторной линией также показывает работу. Тогда работа газа

= p₁v₁ (знак -); работа над газом

=

(знак +); работа над газом l₃ = p₂v₂.

Cуммарная работа

p₂v₂ - p₁v₁+

. (141)

Для изотермного процесса

p₁v₁= p₂v₂

=

=RTln

. (142)

Для адиабатного процесса

Для политропного сжатия

=

. (144)

13.3 Цикл одноступенчатого компрессора

На рис. 60 показана диаграмма одноступенчатого компрессора.

Рис. 59 Рис. 60

В реальном компрессоре между крышкой цилиндра и поршнем в его крайнем левом положении остается некоторый свободный объем – вредное пространство. При обратном ходе поршня оставшийся газ расширяется и всасывание начинает происходить только после того, как р_газа в цилиндре упадет до давления той среды, откуда поступает газ (процесс 3-0) .

Всасывание начнется с т. 0 и в цилиндр поступит газ, объем которого составит V′_h. На рисунке показаны: V_вр – объем камеры сжатия, V′_h – объем засасываемого газа, V_h – объем, описываемый поршнем.

Отношение

называют объемный коэффициентом полезного действия который уменьшается с увеличением вредного пространства V_вр. При большом V_вр значение

может достигнуть нуля.

То же произойдет и при неизменном V_вр с повышением давления сжатия (когда линия сжатия пересечет линию вредного пространства, т.4, рис. 59).