Материал: 2460

случае, 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 давлен , а в процессе сжатия изменяются давление и объем. Объем газа, засасываемого компрессором, соответствует объему, описываемому поршнем.

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

где k – показатель ад а аты.

р V = const.

Если считать, что линия 1-2 на Р-V-диаграмме (см. рис. 4.3) 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 P-V-диаграмме (см. рис. 4.3) это произведение соответствует заштрихованной площади. Так как в процессе сжатия газа давление

86

изменяется от P1 до P2, то работа, затрачиваемая на изотермическое сжатие, соответствует площади 1-2'-3-4 и может быть определена по формуле

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

где n – среднее значение показателя политропы для процесса сжатия. Проанализируем ра оту компрессора в термодинамической диа-

площадью 1-2-а-с-1.

При адиабатном сжатии реального газа (рис. 4.5, а) работа компрессора эквивалентна площади 2-2'-в-с-2. Для идеального газа (рис. 4.5, 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 1-2' на рис. 4.6. В этом случае работа эквивалентна

87

площади 1-2'-5-а-с-1. На практике процесс сжатия с отводом теплоты имеет место в компрессорах с водяным охлаждением цилиндра.

При подводе теплоты извне n > k и процесс сжатия отклоняется вправо от адиабаты – линия 1-2 на рис. 4.6. 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.

88

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 крышкеИ, где находятся клапаны (точка 3). Поэтому часть газа остается в цилиндре. Объем, занятый газом под давлением P2 , 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 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

89

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 P-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.

V0 + VP = V + VBC ,

где V0 – «мертвый» объем; V – объем расширяющегося газа.

Из последнего выражения имеем

VBC = VP – V + V0 ,

откуда

90