Индикаторная диаграмма, индикаторная мощность и индикаторное давление поршневого компрессора

Индикаторная диаграмма. Для контроля за работой поршневых ком­прессоров снимается индикаторная диаграмма (рис. IV-4), представля­ющая собой зависимость между давлением р и объемом V газа, всасывае­мым и нагнетаемым компрессором за один двойной ход поршня (или за один оборот коленчатого вала).

Рассмотрим первоначально индикаторную диаграмму идеального компрессора. В нем всасывание начинается сразу же с момента начала движения поршня, вплотную подходящего к стенкам цилиндра (рис. IV-4a). Горизонтальная прямая АВ соответствует процессу всасывания газа, линия ВС — процессу сжатия газа в цилиндре от давления р₀ до давле­ния р₁ (изотермическому ВС или адиабатическому ВС'), горизонтальная линия CD — процессу нагнетания газа. Заштрихованная площадь диа­граммы соответствует работе, затрачиваемой на сжатие газа (в данном случае — на изотермическое сжатие).

На рис. IV-4,б представлена индикаторная диаграмма реального поршневого компрессора.

Пусть точка D (см. рис. IV-4) соответствует крайнему левому положе­нию поршня, который в реальном компрессоре никогда не подходит вплотную к крышке цилиндра. Пространство между крышкой цилиндра

Рис. IV-4. Индикаторная диаграмма одноступенчатого поршневого компрессора:

а — идеальный компрессор; б — действительный компрессор.

и поршнем, находящимся в левом крайнем положении, называется мертвым пространством. Объем мертвого пространства обычно выражают в долях рабочего объема V_n цилиндра, или объема, описывае­мого поршнем за один ход. Этот объем равен , где — отношение объема мертвого пространства к объему, описываемому поршнем, т. е. относительный объем мертвого пространства. В зависимости от конструк­ции компрессора и расположения клапанов в цилиндре значение е изме­няется в пределах 0,025—0,06.

Мертвое пространство, как следует из дальнейшего, уменьшает производительность компрессора. В то же время наличие мертвого пространства не связано с существенными потерями энергии, так как теоретически энергий, затрачиваемая на сжатие газа в мертвом пространстве, возвра­щается при расширении газа в течение хода всасывания.

Газ, находящийся в мертвом пространстве, сжат до давления р₂ в нагнетательном трубопроводе; абсциссой точки D является объем мертвого пространства , а ординатой — давление р₂.

При движении поршня из левого крайнего положения вправо начи­нается расширение газа, находящегося в мертвом пространстве. Этот процесс (линия DA) сопровождается увеличением объема и уменьшением давления газа и прекращается тогда, когда давление р₀ в цилиндре ком­прессора станет несколько меньше давления p₁ во всасывающей линии. В положении поршня, соответствующем точке А, под действием разности давлений р₁—р₀ открывается всасывающий клапан и газ поступает в ком­прессор. Всасывание (линия АВ) продолжается до достижения поршнем правого крайнего положения (точка В). Объем всасываемого раза V_B0 пропорционален отрезку АВ.

При движении поршня из крайнего правого положения влево всасывающий клапан закрывается и начинается политропическое сжатие газа (линия ВС) до давления, несколько превышающего давление р₂ в нагнетательном трубопроводе, при котором (в точке С) открывается нагнетательный клапан. Нагнетание происходит по линии CD. Длина отрезка CD пропорциональна объему нагнетаемого газа.

Индикаторная мощность и индикаторное давление.Площадь индикаторной диаграммы в некотором масштабе, соответствует полезной работе, совершаемой компрессором при сжатии газа за один оборот вала и отне­сенной к единице площади поршня. Соответствующая этой работе инди­каторная мощность компрессора может быть определена спомощью диаграммы из уравнения

(IV.21)

где F — площадь поперечного сечения поршня; п — число двойных ходов поршня или число оборотов коленчатого вала; — площадь индикаторной диаграммы; М_пр — масштаб пружины индикатора.

Масштаб пружины индикатора М_пр показывает, скольким единицам давления соот­ветствует единица длины ординаты индикаторной диаграммы.

Умножим и разделим уравнение (IV,21) на S — длину хода поршня; тогда

(IV,22)

где V_u = FSn — объем, проходимый поршнем за п оборотов, или объем, описываемый поршнем в единицу времени; р_иид = — отношение площади индикаторной диаграммы к длине хода поршня или среднее индикаторное давление.

Среднее индикаторное давление можно определить (в некотором мас­штабе) как высоту h равновеликого прямоугольника, построенного на индикаторной диаграмме, с основанием, равным длине диаграммы, так как объем, проходимый поршнем, V_n для данного компрессора (при постоянных Fun) пропорционален длине хода поршня S. На рис. IV-4 площадь прямоугольника заштрихована.

Индикаторную мощность для компрессора двойного действия находят для каждой стороны цилиндра в отдельности и полученные значения складывают.