Индикаторная диаграмма реального рабочего процесса компрессора

Реальный цилиндр компрессора отличается от идеального прежде всего наличием вредного пространства. В этом пространстве оста­ется некоторый объем сжатого газа после окончания процесса вытес­нения его в нагнетательный трубопровод. В реальном компрессоре пространство это обусловлено полостью цилиндра, ограниченной с одной стороны его торцом, а с другой - торцом и уплотнениями поршня (см. рис., объем от торца цилиндра до сечения М), поло­стями клапанной коробки и каналов у всасывающего и нагнетатель­ного клапанов.

Вторым отличием является изменение давления, объема и темпе­ратуры газа из-за затрат энергии на преодоление сопротивлений по­току газа в клапанах и каналах и непостоянного режима теплообмена газа в результате контакта с окружающими его деталями и смешения газа, поступающего в цилиндр, с газом, заполняющим вредное про­странство

Рассмотрим подробнее реальный рабочий цикл компрессора. Процесс сжатия газа в цилиндре соответствует линии 1-2 на инди­каторной диаграмме (рис.). В начальный момент сжатия относи­тельно холодный газ получает тепло от нагретого цилиндра, вследствие чего процесс идет с подводом тепла к газу, и политропа отклоняется вправо от политропы идеального процесса (пунктирная ли­ния). В конце процесса сжатия газа температура его повышает­ся и становится больше темпе­ратуры цилиндра и клапанов, процесс сжатия идет с отводом тепла от газа. Политропа на этом участке отклоняется влево от политропы идеального процесса. Эти явления приводят к тому, что показатель реальной политропы процесса сжатия газа становится перемениым, и расчет процесс а надо вести по условному эквивалентному показателю политропы.

Понижение давления в цилиндре против давления во всасываю­щей линии (см. рис. точка 1), в начале сжатия обусловлено со­противлением потоку газа во всасывающем клапане. Повышение дав­ления против давления в нагнетательном трубопроводе (точка 2) в конце сжатия обусловлено усилиями, затрачиваемыми на открытие нагнетательного клапана (сопротивление пружин клапана и инерция масс деталей клапана, приводимых в движение при его открытии).

Процесс нагнетания соответствует линии 2-3. Повышенное, про­тив идеального процесса, давление нагнетания обусловливается со­противлениями потоку газа в нагнетательном клапане и подводящих каналах. Некоторая волнистость линии нагнетания обусловливается непостоянством сопротивлений потоку газа из-за изменений скорос­тей поршня и газа, пульсацией давления в газопроводе и вибрацией клапанных пластин.

За процессом нагнетания в реальном цилиндре идет процесс рас­ширения газа, оставшегося в мертвом (вредном) пространстве под давлением р₂ ''(линия 3-4). Объем вредного пространства V _м. Газ рас­ширяется, снижая давление от р₂ '' до р₄и увеличивая свой объем до (Lинд) ₄• При этом поршень движется вправо. Процесс расширения закан­чивается при открытии всасывающего клапана. Давление в цилинд­ре при этом будет ниже, чем во всасывающем трубопроводе, за счет усилий, затрачиваемых на открытие всасывающего клапана.

Процесс расширения газа идет вначале с отбором тепла от сжато­го газа, а затем с подводом тепла к газу, и потому показатель политро­пы будет не постоянен (так же как и при сжатии газа).

За процессом расширения идет всасывание газа (линия 4-1).

Давление в цилиндре при этом будет ниже давления в подводя­щем трубопроводе за счет сопротивления движению потока газа в клапане и каналах.

Колебание давления всасывания в цилиндре обусловлено теми же явлениями, которые наблюдаются и при нагнетании газа.

Работа, затрачиваемая на сжатие газа, в реальном цикле опреде­ляется площадью индикаторной диаграммы 1-2-3-4 (см. рис.). Сняв с цилиндра работающего компрессора индикаторную диаграм­му, замеряют ее площадь (планиметром) и при известном масштабе объема и давления находят индикаторную работу (Lинд)

Работа, затрачиваемая на сжатие газа в объеме вредного простран­ства (см. рис. площадь 3 -3 '-4', возвращается при его расшире­нии и в замеряемую площадь не входит. При расширении газ давит на поршень, за счет чего и возвращает накопленную энергию.

Работа Lинд включает заштрихованные участки 1'-2 -3 и 1-4'-4.

Эти участки увеличивают работу, затрачиваемую в полном реальном цикле, по сравнению с работой в идеальном цикле.

Вопрос 3.5. Подача поршневого компрессора,коэффициент подачи

Подачей компрессора называют объем или массу газа, проходящeгo за единицу времени по линии всасывания или линии нагнетания компрессора. Расход газа на нагнетании всегда меньше, чем на всасывании, за счет утечек газа через неплотности.

Объемный расход газа обычно приводится к условиям всасывания (к давлению и температуре во всасывающей линии), нормальным условиям (давление 1013,25гПа и температура 293,15⁰К) или стандартным условиям (1013,25гПа и 293,15⁰К).

Потребителя интересует обычно количество газа, подаваемого ему от компрессора, приведенное к нормальным или стандартным усло­виям. Иногда эту подачу называют коммерческой.

Подача компрессора с одним цилиндром одинарного действия (см. рис.)

V = λV_т . n,

Где: λ - коэффициент подачи, зависящий от многих факторов;

V_r - объем описываемый поршнем за ход в одну сторону;

п - число двойных ходов поршня в минуту (с возвращением в исходное положение).

Коэффициент подачи:

λ =λо λ г λ_Т λ_Р

Где: λо - объемный;

λ г - герметичности;

λ_Т - температурный

λ_Р - давления.

Объемный коэффициент отражает степень полноты использова­ния объема цилиндра:

λо =1- а (ξ ^1/m -1)

Здесь коэффициент ξ равен отношению давления в конце нагне­тания к давлению в начале всасывания, а коэффициент а = V _м. / V_т , то есть он является относительной величиной мертвого пространства. Коэффициент m- показатель политропы.

Коэффициент герметичности λгэто функция подачи компрессо­ра от запаздывания закрытия клапанов, негерметичности уплотнений зазора между поршнем и цилиндром, уплотнений штоков у цилинд­ров двойного действия, негерметичности соединений рабочих кана­лов. Коэффициент герметичности обычно принимается в пределах 0,95 ... 0,98.

Температурный коэффициент λ_Т отражает влияние нагрева газа при всасывании за счет теплообмена с горячими стенками цилиндра и каналов. При нагреве увеличивается объем газа, находящегося в цилиндре, и уменьшается полезный объем газа, поступающего в ци­линдр из всасывающего патрубка.

Температурный коэффициент зависит от степени сжатия газа, поскольку от этого зависят температура нагнетаемого газа и темпе­ратура стенок каналов и цилиндра. Ориентировочно температурный коэффициент можно найти с помощью следующего выражения:

λ_Т = 1- 0,01(ξ -1)

Коэффициент давления λ_Р учитывает снижение подачи компрес­сора за счет уменьшения давления газа в цилиндре при всасывании по сравнению с давлением во всасывающем патрубке. В результате этого снижения давления газ расширяется, и в цилиндр входит мень­шее его количество. На подачу влияет уменьшение давления не в на­чале, а в конце периода всасывания. Коэффициент давления обычно находится в пределах 0,95 ... 0,98.