Процессы сжатия и расширения газа в поршневом компрессоре

В поршневых компрессорах теоретически возможны тер­модинамические процессы, указанные в § 10.2.

Протекание процессов сжатия и расширения существен­но зависит от теплообмена между сжимаемым газом и ок­ружающей средой и в большой мере от герметичности рабо­чего объема цилиндра.

Герметичность определяется конструкцией и состоянием клапанов, сальников и уплотняющих колец поршня.

Поршневые компрессоры выполняются обычно с водя­ным охлаждением цилиндра и его крышки. При этом обес­печивается довольно интенсивный теплообмен и процессы сжатия и расширения являются политропными со средни­ми значениями показателей n = 1,35 и 1,2 (для двухатом­ных газов).

Процесс сжатия в поршневых компрессорах с воздуш­ным охлаждением или с водяным при высокой температу­ре охлаждающей воды приближается к адиабатному.

Строгое исследование термодинамики действующих компрессоров приводит к выводу, что показатели отдельных участков линий сжатия и расширения неодинаковы.

Это объясняется различием условий теплообмена и влиянием негерметичности в разных фазах процессов.

Мощность и кпд

Точный расчет работы цикла компрессора производит­ся по уравнениям термодинамики реальных газов.

Расчет компрессоров с конечным давлением сжатия до 10 МПа по уравнениям термодинамики идеального газа даст результаты, близкие к действительным.

При высоких давлениях, применяющихся, например, при синтезе химических продуктов, учет свойств реальных га­зов при расчете компрессора совершенно необходим.

Последующее изложение материала основано на тео­рии компрессора идеального газа.

Вычисляя работу, затрачиваемую на валу компрессора, можно пренебрегать влиянием мертвого пространства. Последнее не оказывает заметного влияния на потребление энергии компрессором, потому что работа, затрачива­емая на сжатие газа в объеме мертвого пространства, в значительной мере возвращается на вал в процессе рас­ширения.

Для вычисления мощности компрессора воспользуемся относительным изотермическим КПД, откуда получим

Для поршневых компрессоров различных конструкций

Изотермический КПД зависит от интенсивности охлаждения компрессора и лежит в пределах

Многоступенчатое сжатие

При сжатии газа температура его повышается. Так как компрессорные смазочные масла имеют температуру вспышки по Бренкену 493—533 К, то конечные температуры сжатия 493— 443 К, получаемые при =8, являются опасными. Электри­ческие разряды невысокого потенциала, возникающие в проточной части компрессоров, могут вызвать возгорание нагара и затем при достаточной концентрации масляных паров в воздухе взрыв компрессора.

Приведенные соображения ограничивают степень по­вышения давления в одном цилиндре компрессора.

В современных компрессорах с водяным охлаждением степени повышения давления в одном цилиндре выше 7 встречаются редко. В отечественных конструкциях боль­шой подачи . Если степень повышения давления ком­прессора превышает 7, то процесс сжатия ведут в несколь­ких последовательно включенных полостях — ступенях давления. При переходе из одной ступени в другую газ ох­лаждают в промежуточных охладителях.

Количество ступеней, необходимое для достижения заданной степени повышения давления, принимают в пределах

	z
До 6	1
6-30	2
30-100	4
100-150	5
Выше 150	6 и более

Увеличение количества ступеней усложняет конструкцию и увеличивает стоимость компрессора. Это обстоятельство обуславливает предел увеличения количества ступеней современных компрессоров.

Многоступенчатое сжатие с промежуточным охлаждением приближает рабочий процесс компрессора к изотермическому. Поэтому при заданной степени повышения давления компрессора применение ступенчатого сжатия обуславливает существенную экономию приводного двигателя.