Принцип действия, работа, мощность и КПД поршневого компрессора

Компрессор – тепловая машина, предназначенная для сжатия газов. Поршневой компрессор является основным элементом компрессорной установки.

1-поршень

2-водоохлаждающий цил-др

3-кромка цилиндра

4-всасывающий клапан

5-нагнетательный клапан

Индикаторная диаграмма: P₁, P₂ – давление газа.

Рабочий объём цилиндра:

Vм-объём мёртвого пространства цилиндра, которое образуется по причине того, что поршень не доходит вплотную до крышки цилиндра.

ab-всасывание газа при постоянном давлении P₁

bc-сжатие газа от P₁ до P₂

c-открывается нагнетательный клапан 5

cd-выталкивание газа в нагнетательный трубопровод

da-расширение газа, оставшегося в мёртвом пространстве.

Sabcd эквивалентна работе компрессора, затрачиваемая на сжатие газа за один поворот кривошипа. Открытие и закрытие клапанов в компрессоре происходит под действием разности давлений в цилиндре и во внешней магистрали. Уплотнение поршня осуществляется с помощью поршневых колец. В процессе сжатия газ в компрессоре нагревается и теплота отводится посредством охлаждающей воды, смывающей стенки цилиндра. Иногда вместо воды используют воздушное охлаждение. При этом наружные стенки цилиндра имеют ребристую поверхность.

Процессы сжатия и расширения в компрессоре существенно зависят от условий теплообмена между газом и стенками цилиндра. Характерными являются крайние теоретические процессы: изотермическое сжатие (T=const), изоэнтропное сжатие (ΔS=0). Удельная работа изотермичекого сжатия:

, Дж/кг.

Удельная работа при изоэнтропном сжатии (адиабатном) сжатии:

Изобразим основные процессы сжатия для идеального компрессора, считая объём мёртвого пространства равен 0.

1-изотермическое сжатие

2-адиабатное сжатие

3-политропное сжатие, при котором показатель политропы 1<n<k, для компрессоров с интенсивным охлаждением цилиндров.

4-политропное сжатие, при n>k, для слабоохлаждающихся компрессоров.

Наименьшая работа сжатия соответствует 1, и значит он может рассматриваться кАк наиболее выгодный. Но в реальных компрессорах крайние процессы в чистом виде неосуществимы. Действительный процесс сжатия идёт по политропе:

Политропное сжатие будет тем ближе к изотермическому, чем интенсивнее происходит охлаждение стенок цилиндра. Оценкой совершенства работы компрессора является его относительный КПД, представляющий собой отношение теоретической работы к действительной (индикаторной) работе сжатия.

Sabcd эквивалентна теоретической работе, Sa’bc’d эквивалентна действительной или индикаторной работе. Характерные выступы a’,c’ на диаграмме в начале всасывания и в конце сжатия указывают на инерционность и гидравлическое сопротивление клапанов. Действительные линии расширения и сжатия также несколько отклоняются от теоретических политроп, вследствие нестационарности условий теплообмена между газом и стенками цилиндра.

, кВт.

M-массовая производительность, кг/с

l-удельная теоретическая работа сжатия, Дж/кг

η-относительный и механический КПД.