Классификация компрессорных машин

По принципу создания повышенного давления различают компрессорные машины:

- объемные (поршневые, ротационные, пластинчатые, водокольцевые и др.);

- лопастные (центробежные, осевые).

Несмотря на различие принципов сжатия газа и их конструктивные отличия, термодинамические принципы их действия аналогичны. Основной характеристикой таких устройств является степень сжатия (c), т. е. отношение давления в линии нагнетания p_к к давлению на линии всасывания р₀:

В зависимости от степени сжатия компрессорные машины делят на четыре основные группы:

1) компрессоры,

2) газодувки,

3) вентиляторы,

4) вакуум-насосы для отсасывания газов при давлении ниже атмосферного.

Компрессорные машины, как правило, более узко специализированы, чем насосы. Сжатие различных газов требует применения различных конструкционных материалов и смазочных масел, поэтому различают компрессорные машины:

1) воздушные (пневматические);

2) углекислотные;

3) аммиачные;

4) водородные;

5) хлорные;

6) гелиевые и др.

14.2. Поршневой компрессор. Индикаторная диаграмма
идеального поршневого компрессора

Поршневой компрессор – это компрессорная машина объемного типа. Принцип его работы аналогичен принципу работы поршневого насоса. В конструктивном же отношении поршневой компрессор существенно более сложный агрегат. Помимо основных конструктивных элементов, присущих насосу (поршня, цилиндра, клапана, привода), компрессор снабжен рядом систем:

- газоочистки, предназначенной для очистки всасываемого газа от механических примесей (пыли, капельной влаги и т. п.);

- масловлагоотделения, предназначенной для очистки сжатого газа от капель смазывающего внутреннюю поверхность цилиндра масла и капельной влаги, образующейся при сжатии и последующем охлаждении газа;

- охлаждения, предназначенной для охлаждения нагревающегося при сжатии газа;

- смазки трущихся поверхностей машины.

При конструировании компрессора стремятся достичь полного вытеснения газа из рабочей камеры. Объем газа, остающийся в рабочей камере при положении поршня в мертвой точке, называется объемом «мертвого» пространства V_м. Как будет показано в дальнейшем, с увеличением объема «мертвого» пространства уменьшается производительность компрессора.

 

Рис. 41. Поршневой компрессор

Компрессор, рис. 41, состоит из цилиндра 1, поршня 2, всасывающего клапана 3 и нагнетательного клапана 4. Рабочий процесс совершается за два хода поршня или за один оборот коленчатого вала. При движении поршня вправо через открытый всасывающий клапан газ поступает в цилиндр. При обратном движении поршня (влево) всасывающий клапан закрывается и происходит сжатие газа до определенного

давления, при котором открывается нагнетательный клапан и производится нагнетание газа в резервуар.

При теоретическом анализе удобнее рассматривать идеальный компрессор, который обладает следующими нереализуемыми свойствами:

1) объем «мертвого» пространства V_м = 0;

2) клапаны безынерционны, их сопротивление равно нулю;

3) отсутствует теплообмен между газом и компрессором;

4) отсутствуют утечки газа;

5) перекачиваемый газ – идеальный.

Теоретическая индикаторная диаграмма идеального поршневого компрессора показана на рис. 42. На диаграмме:

- линия 4–1 – линия всасывания;

- линия 1–2 ' – процесс сжатия по изотерме;

- 1–2 '' – процесс сжатия по адиабате;

- линия 1–2 – процесс сжатия по поли-тропе;

- линия 2–3 – линия нагнетания;

- линия 3–4 – условная линия, замыкающая цикл. Следует отметить, что линии всасывания 4–1 и нагнетания 2–3 не изображают термодинамические процессы, так как состояние рабочего тела здесь не меняется, а изменяется лишь его количество.

Термодинамический расчет компрессора выполняется с целью определения работы, затрачиваемой на сжатие, что, в свою очередь, дает возможность определить мощность приводного двигателя.

Удельная работа l_к, затрачиваемая на получение сжатого газа при условии обратимости всех процессов и отсутствии приращения кинетической энергии газа, определяется по формуле:

где  – работа всасывания (затрачиваемая внешней средой при заполнении цилиндра), ;  – работа нагнетания (затрачиваемая на вытеснение газа из цилиндра), ;  – работа, затрачиваемая на сжатие газа, .

Так как  то

Ввиду того, что работа l_к на получение сжатого газа затрачивается, она имеет отрицательный знак. Эта работа называется технической работой компрессора. В диаграмме (рис. 42) в -координатах она изображается площадью 12 ' 341 (работа изотермического сжатия).

Работа, затрачиваемая на привод идеального компрессора при изотермическом сжатии, определяется по выражению:

При адиабатном сжатии работа на привод компрессора составит:

Эта работа численно равна площади 12 '' 341. В то же время работа на привод компрессора при адиабатном сжатии может быть вычислена по формулам:

где  – работа адиабатного сжатия, .

В случае сжатия по политропе выражение для определения работы на привод идеального компрессора будет:

Работа на привод компрессора при политропном сжатии численно равна площади 12341.

Таким образом, сжатие по изотерме дает наименьшую площадь и, следовательно, наименьшую затрату работы, наибольшую – по адиабате. Для того чтобы процесс сжатия приблизить к изотермическому, необходимо в процессе отводить теплоту. С этой целью в стенках цилиндра компрессора делаются полости, через которые прокачивается охлаждающая жидкость.

⇐ Предыдущая18192021222324252627Следующая ⇒

Поделиться: