Материал: 2302

При построении теоретической индикаторной диаграммы не были учтены особенности, обусловленные конструктивными элементами компрессора. Для оценки их влияния построим действительную индикаторную диаграмму в р-V-координатах.

Пусть поршень расположен в крайнем правом положении (рис. 32), а в рабочем пространстве цилиндра находится газ под давлением р1. При движении поршня влево газ начинает сжиматься. При достижении давления р2 нагнетательный клапан не открывается. Для открытия клапана необходимо создать несколько большее давление для преодоления его инерции покоя (процесс 1-2).

После открытия клапана давление в рабочем пространстве компрессора выравнивается и газ выталкивается поршнем в напорный трубопровод (процесс 2-3).

Но весь газ вытолкнуть из рабочего цилиндра невозможно, так как поршень не может вплотную подойти к крышке, где находятся клапаны (точка 3). Поэтому часть газа остается в цилиндре. Объем, занятый газом под давлением р2 , называется объемом «мертвого» пространства. Этот объем вреден, так как он не позволяет полностью использовать рабочее пространство компрессора, но и необходим, потому что исключает возможность удара поршня в крышку цилиндра, когда кривошипно-шатунный механизм удлиняется от нагревания или при

45

избытке смазки. Точка 3 соответствует крайнему левому положению поршня.

При движении поршня вправо газ, находящийся в «мертвом» пространстве, должен расширяться до давления, которое ниже, чем давление во всасывающем трубопроводе (процесс 3-4). Это необходимо для того, чтобы всасывающий клапан открылся. После открытия клапана давление выравнивается и всасывание газа будет происходить при постоянном давлении р1. Полученная замкнутая кривая 1-2-3-4 в

р-V-диаграмме называется действительной индикаторной диаграммой.

Наличие «мертвого» объема приводит к уменьшению объема всасываемого газа, так как всасывание новой порции газа начинается не в начале обратного хода поршня, а в конце процесса расширения объема газа, оставшегося в «мертвом» объеме.

Таким образом, объем всасываемого газа VВС всегда меньше рабочего объема цилиндра VP . Отклонение VВС к VP называется объемным

коэффициентом подачи

VBC = VP – V + V0 ,

откуда

Отношение V0 / VP = a называется относительным «мертвым» объемом. Для большей части современных компрессоров a = 3 5 %, а в

46

специальных конструкциях компрессоров оно может быть уменьшено до 1,5 2 %.

При адиабатном процессе сжатия газа в компрессоре связь между объемом и давлением имеет вид

Отношение р2 / р1 = называется степенью сжатия газа в компрессоре. Таким образом

0 1 a 1/k 1.

Анализ последнего выражения показывает, что объемный коэффициент подачи 0 тем больше, чем меньше степень сжатия. Действительно, согласно рис. 33, при уменьшении = р2’ / p1 сжатие оканчивается в точке 2’, а выталкивание газа из компрессора – в точке 3’. После расширения газа, занимающего «мертвый» объем, всасывание начнется в точке 4’. Очевидно, что VBС’ > VBС.

Если увеличить степень сжатия, то объем всасываемого газа уменьшится.

Следовательно,

VB 0VP 1 a 1/k 1VP.

В действительности объем газа, подаваемый компрессором, меньше. Это связано со следующими причинами:

1.При всасывании газ, проходя в соприкосновение с нагретыми поверхностями клапанов, стенок цилиндра и поршня, нагревается и, как следствие, расширяется.

2.При работе компрессора наблюдаются утечки газа через неплотности в клапанах, сальниках, между поршневыми кольцами и внутренней поверхностью цилиндра, в разъемах поршневых колец.

3.Во всасывающем и нагнетательном трактах, включая клапаны, имеют место потери давления газа, что приводит к снижению объемных и энергетических коэффициентов компрессора.

4.В процессах сжатия и обратного расширения между газом и стенками цилиндра и поршня имеет место теплообмен различной на-

47

правленности и интенсивности. В результате этого коэффициент политропы имеет переменные значения, а эффективность работы компрессора снижается.

Поршневой компрессор является машиной периодического действия, поэтому во всасывающей и нагнетательной полостях давление меняется с определенной частотой и амплитудой. Это явление, называемое пульсацией давлений, увеличивает мощность привода компрессора и влияет на действительную производительность компрессора.

Показателем уменьшения действительной производительности по сравнению с теоретическим объемом, описанным поршнем, служит коэффициент подачи . Для удобства анализа и расчета коэффициент подачи условно представляют в виде произведения отдельных сомножителей, каждый из которых оценивает уменьшение производительности от действия соответствующего фактора.

48

Производительность (подача) компрессора. Теоретическая объ-

емная производительность, м3/с, поршневого компрессора простого действия

VT ' D2 iSn,

4

где D – диаметр поршня, м; S – ход поршня, м; n – частота вращения коленчатого вала, с-1; i – число цилиндров.

Действительная производительность

VД ' VT '.

Массовые теоретическая и действительная производительности, кг/с,

GT VT ' 1 VT '/ 1;

GД VД ' 1 VД '/ 1,

где 1 – плотность всасываемого газа, кг/м3; 1 – удельный объем всасываемого газа, м3/кг.

Используя уравнение идеального газа р = R T, получим

GT VT ' 1,

RT1

где R – газовая постоянная, Дж/(кг К); Т1 – температура всасывания, К; р1 – давление всасывания, Па.

Анализ последнего выражения показывает, что массовая производительность теоретического компрессора пропорциональна давлению всасывания и не зависит от давления нагнетания.

Мощность компрессора. Ранее были рассмотрены способы определения удельной работы компрессора lК для различных процессов сжатия. Наиболее общим случаем является работа компрессора с политропным процессом сжатия, характеризуемым показателем политропы n.

При известных lК и GT мощность теоретического компрессора