13 Компрессоры

Компрессором называют машину, предназначенную для сжатия различных газов. В зависимости от конструкции и принципа работы компрессоры делятся на две группы: поршневые и турбинные (центробежные). Устройство поршневого компрессора показано на рис. 29. Компрессор состоит из цилиндра 1, поршня 2, связанного кривошипно-шатунным механизмом с источником механической работы. В крышке цилиндра помещаются два клапана: всасывающий 3 и нагнетательный 4, открывающиеся автоматически под действием изменения давления в цилиндре.

Рис. 29

Процессы, протекающие в идеальном компрессоре представлены на р-v диаграмме (рис. 30 а). Линия 4-1 изображает процесс всасывания газа, кривая 1-2 процесс сжатия, линия 2-3 процесс нагнетания. Диаграмма 1-2-3-4 называется теоретической индикаторной диаграммой. Теоретическая работа компрессора l₀ определяется площадью индикаторной диаграммы и зависит от процесса сжатия (рис. 30 б). Кривая 1-2 изображает процесс изотермического сжатия, кривая 1-2^/ - политропного сжатия, кривая 1-2^// - процесс адиабатного сжатия.

При изотермическом сжатии теоретическая работа компрессора равна работе изотермического сжатия

. (13.1)

Рис. 30

Работа, отнесенная к 1 м³ всасываемого воздуха

. (13.2)

Работа для получения 1 м³ сжатого воздуха

. (13.3)

Количество теплоты, которое должно быть отведено при изотермическом сжатии

q = l₀. (13.4)

При адиабатном сжатии теоретическая работа компрессора в k раз больше работы адиабатного сжатия (формула (6.23))

, (13.5)

где i₁ и i₂ – соответственно начальное и конечное значение энтальпии воздуха.

Работа, отнесенная к 1 м³ всасываемого воздуха

. (13.6)

Работа для получения 1 м³ сжатого воздуха

. (13.7)

Температуру газа в конце сжатия можно определить из соотношения параметров адиабатного процесса.

При политропном сжатии теоретическая работа компрессора в n раз больше работы политропного сжатия (формула (6.32))

. (13.8)

где i₁ и i₂ – соответственно начальное и конечное значение энтальпии воздуха.

Работа, отнесенная к 1 м³ всасываемого воздуха

. (13.9)

Работа для получения 1 м³ сжатого воздуха

. (13.10)

Количество теплоты, которое должно быть отведено при политропном сжатии находят по формуле 6.37. Теоретическая мощность, потребляемая двигателем компрессора для сжатия m кг/ч газа

, кВт. (13.11)

Однако в действительном компрессоре имеется наличие вредного пространства, поэтому при построении действительной индикаторной диаграммы (рис. 31)вводится добавочный процесс – линия 3-4 процесс расширения сжатого газа, оставшегося к концу нагнетания во вредном пространстве. Отношение объема вредного пространства к объему, описываемому поршнем, называют относительной величиной вредного пространства

l = V_c/V_h. (13.12)

Рис. 31

Величину, характеризующую степень полноты использования рабочего объема цилиндра, называют объемным к.п.д. компрессора

, (13.13)

где n – показатель политропы расширения газа, оставшегося во вредном пространстве.

Действительную работу реального компрессора определяют при помощи изотермического или адиабатного к.п.д. и механического к.п.д.

, (13.14)

где l_из и l_ад – соответственно теоретическая работа при изотермическом и адиабатном сжатии;

l_к – действительная работа компрессора.

Эффективный к.п.д. компрессора

_к = _из·_м или _к = _ад·_м. (13.15)

Действительная мощность, потребляемая двигателем компрессора для сжатия m кг/ч газа

, кВт, (13.16)

Наиболее выгодным оказывается многоступенчатое сжатие в случае, если отношение давлений в каждой ступени принимается равным для всех ступеней (рис. 32)

. (13.17)

Рис. 32

Тогда

, (13.18)

где х – отношение давлений в каждой ступени;

m – число ступеней компрессора;

р_к – давление воздуха, выходящего из последней ступени;

р₁ – давление воздуха, поступающего в первую ступень.

Процеcc сжатия в многоступенчатых компрессорах осуществляется последовательно во всех цилиндрах с охлаждением после сжатия в каждом цилиндре. Обычно при этом стремятся к тому, чтобы газ после холодильника имел ту же температуру, с которой он поступил в предыдущую ступень.

Распределение давлений приводит к тому, что температуры на выходе из каждой ступени равны между собой

t₂ = t₄ = t₆ = … =t_к. (13.19)