55. Поршневые компрессоры, мощность компрессоров, многоступенчатое сжатие газа. Поршневые компрессорные машины

Устройство поршневой КМ двойного действия схематически показано на рис. 7.3.

Рис. 7.3. Схема поршневого компрессора двойного действия

В цилиндре 1 с гладкой внутренней поверхностью перемещается поршень со штоком 2. С обеих сторон от поршня цилиндр геометрически закрыт крышками 3, в которых установлены клапанные коробки со всасывающими 4 и нагнетательными 5 клапанами.

При работе КМ поршень совершает возвратно-поступательное движение. При ходе поршня вправо в левой части полости цилиндра создается разрежение, открывается всасывающий клапан и происходит процесс всасывания. В правой полости цилиндра газ сжимается и при достижении некоторого давления (давления нагнетания) открывается нагнетательный клапан и происходит процесс нагнетания. В конце хода нагнетания в мертвом пространстве остается некоторое количество невытолкнутого газа. Поэтому в начале хода всасывания происходит расширение этого газа до объема, соответствующего давлению всасывания.

При ходе поршня влево правая полость цилиндра всасывает, левая – нагнетает. Обе стороны поршня рассмотренной машины являются рабочими, и за один двойной ход (или за один оборот вала) совершается два полных цикла – два процесса всасывания и два нагнетания сжатого газа.

Поршневые КМ можно классифицировать по различным признакам.

По величине конечного давления :

– вакуум-насосы, сжимающие разреженные газы до атмосферного давления;

– газодувки от 0,1 до 0,4 МПа;

– компрессоры низкого (0,8–1 МПа), среднего (1–8 МПа), высокого (8–100 МПа) и сверхвысокого (более 100 МПа) давлений.

По числу полных циклов сжатия газа в цилиндре за один оборот вала – простого и двойного действия.

По числу приемов сжатия газа – одноступенчатые, когда потребное конечное давление газа достигается за один прием сжатия, и многоступенчатые, когда сжатие газа производится последовательно в несколько приемов с промежуточным охлаждением.

По величине производительности – малые, до 0,15 м³/с, средние – от 0,15 до 0,50 м³/с, большие производительностью от 0,50 до 10 м³/с.

По расположению осей цилиндров в пространстве – горизонтальные, вертикальные, прямоугольные, -образные, -образные и звездообразные.

По способу привода – приводные (от двигателя); паровые прямодействующие, в которых поршень машины сидит в общем штоке с поршнем паровой машины и дизелькомпрессоры, имеющие общий вал с двигателем внутреннего сгорания.

По назначению – воздушные, кислородные, аммиачные, углекислотные, азотные, хлорные, этиленовые и др.

По величине скорости вращения вала КМ – тихоходные (80 < n < 300 об/мин) и быстроходные (600 < n < 1000 об/мин).

Мощность и кпд поршневых компрессорных машин

Мощность, расходуемая поршневой КМ в цилиндре на сжатие газа, может быть рассчитана, исходя из удельной работы сжатия, по следующей формуле:

(7.23)

где – массовая производительность газа, – удельная работа сжатия единицы массы газа.

Более подробно рассмотрим . Если требуется определить теоретическое значение мощности на изотермическое сжатие газа, вместо необходимо брать , которая определяется по формуле (7.11); для адиабатического сжатия – по формуле (7.6); для политропного сжатия – по формуле (7.13).

Индикаторная мощность , расходуемая поршневой КМ в цилиндре на сжатие газа, может быть рассчитана, исходя из удельной работы сжатия, соответствующей действительному процессу. Для охлаждаемых машин вместо в формуле (7.23) необходимо брать , определенной из формулы (7.14) – ; для неохлаждаемых машин – вместо из формулы (7.15) – .

Мощность на валу машины , как и для насосов, больше индикаторной мощности на величину , соответствующую дополнительной затрате энергии на механическое трение поршня о поверхность цилиндра, штока – о стенки сальника, ползуна – о направляющие, вала – о поверхность подшипников:

(7.24)

Мощность двигателя поршневой КМ должна быть больше мощности на валу вследствие потерь мощности в передаточном механизме, учитывающей КПД передачи :

(7.25)

Установочная мощность двигателя должна быть выбрана с запасом в 10–50  на случай перегрузки в периоды пуска машины:

(7.26)

Большие значения запаса мощности относятся к маломощным КМ.