Материал: 2302

Недостатком рассмотренного компрессора является то, что полезная работа совершается только при движении поршня в одном направлении.

Более экономичной и производительной является конструкция компрессоров двойного действия (рис. 27). При движении поршня вправо в левой части цилиндра создается разряжение. Газ через левый всасывающий клапан 15 поступает в цилиндр. В правой части цилиндра происходит сжатие газа, вошедшего в рабочее пространство в предыдущем цикле, и выталкивание его через правый нагнетательный клапан 4 в нагнетательный трубопровод. При движении поршня влево всасывание осуществляется через правый всасывающий клапан, а выталкивание сжатого газа – через левый нагнетательный клапан. В данном случае обе стороны являются рабочими.

Рис. 27. Схема горизонтального одноступенчатого компрессора двойного действия: 1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – нагнетательный патрубок; 4 – нагнетательный клапан; 5 – задняя крышка цилиндра; 6 – сальник; 7 – шток; 8 – ползун; 9 – шатун; 10 – кривошип коленчатого вала; 11 – коленчатый вал; 12 – станина; 13, 17 и 18 – рубашки для охлаждения задней и передней крышек цилиндра; 14 – всасывающий патрубок; 15 – всасывающие клапаны; 16 – передняя крышка цилиндра

Компрессоры простого и двойного действия могут иметь один или несколько цилиндров.

Компрессор, который имеет несколько цилиндров, работающих параллельно и выталкивающих сжатый газ в один и тот же нагнета-

тельный коллектор, называется многоцилиндровым одноступенчатым компрессором.

Если в компрессоре несколько цилиндров работают последовательно, т.е. сжатый воздух из одного цилиндра поступает для даль-

40

41

чае, как только начинается движение поршня вправо, происходит мгновенное снижение давления. При достижении значения давления р1 открывается впускной клапан К1 (процесс 3-4). При перемещении поршня вправо происходит всасывание газа (процесс 4-1). Получен-

ная диаграмма называется теоретической индикаторной диаграммой работы поршневого компрессора.

Процесс всасывания и нагнетания происходит при постоянном давлении, а в процессе сжатия изменяются давление и объем. Объем газа, засасываемого компрессором, соответствует объему, описываемому поршнем.

При сжатии газ нагревается и температура его повышается. При этом если газ не обменивается теплотой с окружающей средой, то сжатие называется адиабатным. Уравнение адиабатного процесса

р V k = const,

где k – показатель адиабаты.

В том случае, когда теплота нагретого от сжатия газа отбирается, можно создать условия, при которых газ будет сжиматься при постоянной температуре. Этот процесс сжатия называется изотермическим. Уравнение изотермического процесса имеет вид

р V = const.

Рассмотренные процессы являются идеальными. В действительности в процессе сжатия отбирается только часть теплоты. Тогда термодинамический процесс сжатия называется политропным. Уравнение политропного процесса

р V n = const,

где n – показатель политропы; 1 < n < k.

Если считать, что линия 1-2 на р-V-диаграмме (см. рис. 28) соответствует политропному процессу сжатия, то линия 1-2’ – отражает изотермический, а линия 1-2” – адиабатный процессы.

Из термодинамики известно, что располагаемая работа, затрачиваемая в компрессоре на сжатие газа и его перемещение, равна произведению объема на изменение давления

L V p.

На р-V-диаграмме (см. рис. 28) это произведение соответствует заштрихованной площади. Так как в процессе сжатия газа давление из-

42

меняется от р1 до р2, то работа, затрачиваемая на изотермическое сжатие, соответствует площади 1-2’-3-4 и может быть определена по формуле

LИЗ р1V1 ln p2 .

p1

Работа, затрачиваемая на адиабатное сжатие, соответствует площади 1-2”-3-4, и может быть рассчитана по формуле

Работа, затрачиваемая на политропное сжатие газа, соответствует площади 1-2-3-4, и может быть рассчитана по уравнению

где n – среднее значение показателя политропы для процесса сжатия. Проанализируем работу компрессора в термодинамической диаграмме Т-s (температура-энтропия). Отметим, что процессы всасывания и нагнетания в диаграммах состояния изобразить нельзя, так как они проходят с переменной массой и при постоянных давлении и

температуре.

При изотермическом сжатии реального газа от давления р1 до р2 (рис. 29, а) работа компрессора эквивалентна площади 1-2-а-в-1’-1. Для идеального газа линия постоянной энтальпии совпадает с изотермой и работа компрессора (рис. 29, б) выражается площадью

1-2-а-с-1.

При адиабатном сжатии реального газа (рис. 30, а) работа компрессора эквивалентна площади 2-2’-в-с-2. Для идеального газа (рис. 30, б) работа компрессора выражается площадью 2-3’-а-с-2.

При политропном процессе сжатия, когда от сжимаемой среды теплота отводится к внешнему источнику, будет иметь место соотношение n < k и процесс сжатия отклоняется влево от адиабаты – линия

43

1-2’ на рис. 31. В этом случае работа эквивалентна площади 1-2’-5-а- с-1. На практике процесс сжатия с отводом теплоты имеет место в компрессорах с водяным охлаждением цилиндра.

Рис. 29. Работа компрессора при изотермическом процессе сжатия: а – для реального газа; б – для идеального газа

Рис. 30. Работа компрессора при изоэнтропном процессе сжатия: а – для реального газа; б – для идеального газа

При подводе теплоты извне n > k и процесс сжатия отклоняется вправо от адиабаты – линия 1-2 на рис. 31. Работа компрессора эквивалентна площади 2-5-а-с-1-2. Из последнего можно заключить, что подвод теплоты лишен практического смысла, так как кроме затраты теплоты увеличивается и работа сжатия по сравнению с адиабатным процессом.

44