1.2 Коэффициент сжимаемости газов

В теории компрессоров, работающих в условиях, когда можно пренебречь размерами молекул газа и межмолекулярными силами используется уравнение состояния идеального газа Менделеева-Клайперона

pv =RT, (1)

где р – давление газа, Па; v – удельный объем газа, м³/кг; R – газовая постоянная, Дж/(кг·град); Т – абсолютная температура газа, К.

При давлениях выше 10 МПа начинает оказывать влияние объем молекул газа и влияние сил межмолекулярного притяжения. Поэтому газ рассматривается как реальный.

Объем реального газа при низком давлении и температуре из-за взаимного притяжения молекул меньше, чем объем идеального газа, а при высоких давлениях больше, чем объем идеального газа. Этот избыточный объем газа b равен разности объема реального газа v и идеального v_ид,

v_ид = v – b. (2)

Тогда основное уравнение примет вид

р(v-b) = RT. (3)

Сжимаемость реального газа учитывают с помощью коэффициента сжимаемости

(4)

При нормальных условиях (р=0,1013МПа и t=0⁰C) z(p,T) =1.

Рис.2. Зависимость от p_пр и T_пр

z

Показатель отклонения сжимаемости

, (5)

откуда b =273 βR. (6)

Зависимость β от z имеет вид (7)

Удельный объем реального газа получим подстановкой в (3) значения b:

(8)

Значения коэффициента сжимаемости z(pT) и показателя отклонения сжимаемости β в зависимости от давления и температуры приводятся в справочных данных и на рис.2.

Для смесей газов, когда ее компоненты не вступают в химические реакции между собой, справедливы уравнения состояния идеального и реального газов. Коэффициент сжимаемости смеси газов z_см находится по правилу аддитивности:

z_см =Σz_ig_i, (9)

где z_i – коэффициент сжимаемости i-го компонента; g_i – массовая доля i-го компонента смеси.

Теория объемных компрессоров

2 Принцип работы и конструктивные элементы

ПОРШНЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ

Компрессорная установка, оборудованная поршневыми объемными машинами состоит из следующих элементов: компрессор (генератор сжатого газа), электродвигатель, вспомогательное оборудование, включающее фильтры, охладители, водо- и маслоотделители, воздухосборники, градирни, насосы. Эти элементы располагаются в компрессорной станции.

При работе поршневого компрессора (рис.3) основной подвижный элемент в рабочей камере поршень 3 совершает возвратно-поступательное движение от кривошипно-шатунного механизма. При движении поршня вправо пространство между поршнем и крышкой увеличивается, давление в цилиндре уменьшается. При определенной разности давлений в цилиндре и во внешней среде открывается всасывающий клапан 4. Газ через патрубок 7 поступает в цилиндр. При обратном движении поршня давление в цилиндре повышается и всасывающий клапан закрывается. Далее газ сжимается до величины несколько большей давления в нагнетательном трубопроводе 8. После достижения разности давлений достаточной для преодоления противодавления открытию, нагнетательный клапан 5 открывается и происходит выталкивания сжатого газа при дальнейшем движении поршня до крайнего положения. Затем рабочий цикл повторяется.

Внутренние стенки рабочего цилиндра 1 компрессора и поршень смазываются во время работы компрессорным маслом, которое подается к трущимся поверхностям насосом-лубрикатором. Отверстие для подачи масла располагается близко к середине цилиндра, чтобы масло попадало в конце процесса всасывания. В настоящее время существуют бессмазочные поршневые уплотнения в компрессорах.

В компрессорах двухстороннего действия рабочие камеры расположены в одном цилиндре, но с разных сторон поршня. В таком компрессоре обязательна установка крейцкопфа, с которым соединяется кривошипно-шатунный механизм, а клапаны устанавливаются с двух сторон цилиндра. Для примера на рис.4 представлен разрез компрессора типа ВП.

В зависимости от характера работы и назначения все детали компрессора можно разделить на несколько групп: а) группа механизма движения - рама 20 с коренными подшипниками, коленчатый вал 18 с маховиком 17, шатуны 19 и 16, крейцкопфы 15 и 21;

б) цилиндровая группа – цилиндры 7 и 23 с крышками 8, 12, 24 и 27, сальники 6 и 22; патрубки - всасывающий 25 и нагнетательный 10; в) поршневая группа – поршни 9 и 26 с поршневыми кольцами, штоки 5 и 11; г) система охлаждения – промежуточный охладитель газа 2 с пучком труб 1, по которым циркулирует вода с подводом воды 14, охлаждающие рубашки цилиндров 4 и 13; д) группа распределения – самодействующие клапаны; е) система регулирования – предохранительный клапан 3, устройства для поднятия всасывающих клапанов, цилиндры дополнительных вредных пространств с клапанами включения; ж) система смазки – масляные насосы, масляные фильтры, маслопроводы, охладители и отстойники для масла.