Аналитические формулы

• Для изотермического процесса: ;

• Для адиабатического процесса: ;

• Для политропного процесса: ;

где: - показатель адиабаты (для воздуха );

- показатель политропы.

Температура газа после сжатия

• Для изотермического процесса: ;

• Для адиабатического процесса: ;

• Для политропного процесса: ;

Теоретическая мощность, затрачиваемая компрессором :

;

(кг/сек);

- удельная работа;

.

Наименьшая работа затрачивается при изотермическом сжатии (например, водяном охлаждении).

Для оценки эффективности применяют относительный К.П.Д., основанный на сравнении данной машины с наиболее экономичной машиной того же класса.

Для машин с водяным охлаждением изотермический К.П.Д.:

;

Для машин без охлаждения адиабатический К.П.Д.:

;

Сжатие газа по адиабате наиболее экономично из класса компрессоров, работающего без охлаждения.

Мощность на валу:

;

- механический К.П.Д.

;

;

;

Мощность двигателя:

;

Установочная мощность:

;

Поршневые компрессоры

Поршневые компрессоры делятся:

1. Одноступенчатые и многоступенчатые;

2. Простого и двойного действия;

3. Вертикальные и горизонтальные.

Одноступенчатые компрессоры

Это компрессоры, в которых газ сжимается до конечного давления в одном цилиндре, или нескольких цилиндрах, работающих параллельно (одна ступень сжатия).

1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – всасывающий клапан; 4 – нагнетательный клапан; 5 – шатун;

6 – кривошип; 7 – маховик; 8 – ползун (крейцкопф).

Схемы одноступенчатых поршневых компрессоров:

1. Одноцилиндровый простого действия (бескрейцкопфный);

2. Одноцилиндровый двойного действия (эти компрессоры более сложны, но вдвое большая производительность);

3. Двухцилиндровый простого действия (привод осуществляется от одного коленчатого вала с кривошипами, сдвинутыми на ; на линии устанавливается ресивер; стенки цилиндров часто имеют водяную рубашку).

Преимущества вертикальных компрессоров

1. Более быстроходны (300-500 об/мин против 100-240 об/мин).

Из-за меньшего износа поршней и цилиндров, так как поршень не опирается на рабочую поверхность цилиндра, и более равномерная смазка, а также благоприятного для фундамента направления сил инерции);

2. Меньшая производственная площадь.

Индикаторная диаграмма одноступенчатого поршневого компрессора (зависимость за один оборот коленчатого вала):

Крайние положения поршня не доходят до стенки цилиндра – относительный объем «мертвого» пространства:

;

;

Рабочий объем цилиндра , описываемый поршнем за один ход.

Наличие «мертвого» пространства уменьшает производительность.

При расширении газа давление падает до , меньшего давления во всасывающей линии .

При откроется всасывающий клапан. Объем всасывания: , где - объемный К.П.Д.

При движении влево – политропическое сжатие газа (линия ВС) до давления, несколько превышающего (открывается нагнетательный клапан).

АВ – объем всасывания; СD – объем нагнетания.

По индикаторной диаграмме (с учетом масштаба) можно определить полезную работу и индикаторную мощность:

;

где: - площадь индикаторной диаграммы;

- масштаб пружины индикатора.

Производительность компрессора определяется объемом газа, подаваемого в единицу времени в нагнетательный трубопровод и приведенного к условиям всасывания.

Теоретическая производительность – объем, описываемый поршнем в единицу времени:

• Для одностороннего действия:

;

где: - ход поршня, м.

• Для двухстороннего действия:

;

Фактическая производительность:

;

где: - коэффициент подачи.

Для многоцилиндровых:

;

где: - число цилиндров.

Коэффициент подачи представляет собой отношение:

;

то есть объем нагнетаемого газа, отнесенного к условиям всасывания, к рабочему объему цилиндра.

;

Коэффициент подачи учитывает потери производительности за счет:

1. «Мертвого» пространства (уменьшения рабочего объема цилиндров) - (объемный коэффициент);

2. Негерметичности в поршневых кольцах, клапанах, сальниках: (коэффициент герметичности), ;

3. Расширения всасываемого газа при соприкосновении с горячими стенками цилиндра: (термический коэффициент), .

Объемный коэффициент:

;

Введем величину , откуда:

;

Для процесса расширения газа в мертвом пространстве:

;

откуда:

;

или:

;

Величина объемного коэффициента зависти от относительного объема «мертвого» пространства и показателя , то есть от конструкции машин и свойств сжимаемого газа.

С увеличением степени сжатия - уменьшается и может стать равным нулю. Это происходит при предельном сжатии ( ).

В этом случае газ из «мертвого» пространства, расширяясь, заполнит весь объем цилиндра, . Практически степень сжатия в одном цилиндре не превышает 5.

На индикаторной диаграмме линии сжатия и расширения сливаются.

Предел сжатия определяется из выражения:

;

;

В действительности компрессоры не работают с , соответственно, определяется допускаемая практически степень сжатия:

Кроме того, температура (из-за возможности воспламенения паров масла):

- предел сжатия по температуре.