Теоретична потужність

Теоретична потужність N_T (вт), яка витрачається на стиснення газу компресором визначається добутком продуктивності компресора на питому роботу стиснення (Дж/кг).

Якщо V=V₁ i r=r₁ – тобто за умови усмоктування і враховуючи, що:

де V – об’ємна продуктивність компресора, м³/с; - густина газу, кг/м³.

Для оцінки ефективності компресорних машин використовують відносний термодинамічний к.к.д., який базується на порівнянні даної компресорної машини з найбільш економічною машиною такого ж класу.

Відношення потужності ізотермічної машини N_т.із до фактичної потужності N називається ізотермічним к.к.д. η_із.

Адіабатичний к.к.д. η_ад.:

Потужність компресора на валу N_е дорівнює потужності N, яка витрачається на стиснення газу, розділену на механічний к.к.д. η_мех, що характеризує втрати потужності на механічне тертя в компресорі:

або

Добуток ізотермічного і механічного к.к.д. називається повним ізотермічним к.к.д. компресора η_п.із.

Потужність двигуна N_дв більше потужності на валу N_е на величину втрат потужності в передачі і в самому двигуні.

Встановлена потужність двигуна N_вст приймається з запасом 10-15%, тобто

Приблизні значення к.к.д.:

η_ад – 0.93-0.97

η_із – 0.64-0.78

η_мех – 0.85-0.95.

Поршневі компресори

Типи компресорів.

Поршневі компресори поділяють за числом всмоктувань і нагнітань за один подвійний хід поршня на компресори простої і подвійної дії. За один подвійний хід поршня компресора простої дії проводять одне всмоктування і одне нагнітання, компресор подвійної дії – два всмоктування і два нагнітання

Рис. Схеми одноступінчастих поршневих компресорів: а- одноциліндровий простої дії; б- одноциліндровий подвійної дії; в- двоциліндровий простої дії; 1- циліндр; 2- поршень; 3- всмоктуючий клапан; 4- нагнітальний клапан; 5- шатун; 6- кривошип; 7- маховик; 8- крейцкопф.

За числом ступенів поршневі компресори діляться на одноступінчаті і багатоступінчасті, які можуть бути горизонтальними і вертикальними.

Одноступінчате стиснення. В одноступінчатому компресорі газ стискується до кінцевого тиску в одному або декількох циліндрах, що працюють паралельно (багатоциліндрові компресори).

Одноступінчатий горизонтальний компресор простої дії (рис. а.) має циліндр 1, в якому переміщається поршень 2. Циліндр закритий з однієї сторони кришкою, в якій розміщені всмоктуючий клапан 3 і нагнітальний клапан 4. Поршень з’єднаний безпосередньо з шатуном 5 і кривошипом 6, на валу якого встановлений маховик 7. При такому з’єднанні поршня з шатуном відпадає необхідність у встановленні повзуна (крейцкопфа).

При ході поршня зліва направо в об’ємі між кришкою циліндра і поршнем створюється розрідження. Під дією різниці тисків на всмоктуючій лінії і циліндрі відкривається клапан 3 і газ поступає в циліндр. При ході поршня справа наліво всмоктуючий клапан закривається, а газ, який знаходиться в циліндрі, стискається поршнем до деякого тиску, при якому відкривається клапан 4 і газ виштовхується в нагнітальний трубопровід.

В одноступінчатому компресорі подвійної дії (рис.б.), газ в циліндрі 1 поперемінно стискається по обидві сторони поршня 2. За один хід поршня проходить два рази всмоктування і два рази нагнітання.

Збільшення продуктивності досягається в багатоциліндрових компресорах простої дії.

Двоциліндровий компресор простої дії (рис. в.) представляє собою по суті два компресори простої дії з приводом від одного колінчатого валу з кривошипами, зміщеними один відносно одного на кут 180^о або 90^о.

Вертикальні одноступінчаті компресори мають ряд переваг перед горизонтальними: вони більш швидкохідні (для горизонтальних n=100-240об/хв, а для вертикальних – n=300-500об/хв і більше) і, відповідно, вони більш продуктивні, займають меншу виробничу площу. Поршні вертикальних компресорів мають більш довговічні.

У горизонтальних компресорах, має місце нерівномірне одностороннє зношування поршня під дією сили ваги, особливо великого діаметру.

Індикаторна діаграма.

Для контролю роботи поршневих компресорів знімається індикаторна діаграма , яка представляє собою залежність між тиском Р і об’ємом газу V, який всмоктується і нагнітається компресором за один подвійний хід поршня.

Точка D відповідає крайньому лівому положенню поршня, який в реальному компресорі ніколи не підходить впритул до кришки циліндра. Простір між кришкою і поршнем в лівому крайньому положенні називається мертвим простором, який виражають часткою х робочого об’єму V_п циліндра, який рівний εV, де ε – відношення об’єму мертвого простору до об’єму, який описує поршень. Значення ε в середньому рівне 0,025-0,06.

Мертвий простір зменшує продуктивність компресора, однак його наявність суттєво не впливає на втрати енергії. Газ у мертвому просторі стиснений до тиску р₂ в нагнітальному трубопроводі. Абсциса точки D відповідає об’єму мертвого простору εV_п , а ордината – тиску р₂. При русі поршня з лівого крайнього положення вправо починається розширення газу у мертвому просторі. Цей процес (лінія DA) супроводжується збільшенням об’єму і зменшенням тиску газу і зупиняється тоді, коли тиск р₀ в циліндрі компресора стане дещо менше тиску р₁ у всмоктуючій лінії.

Рис. Індикаторна діаграма одноступінчастого поршневого компресора:

а- ідеальний компресор; б- реальний компресор.

В положенні поршня (точка А) під дією різниці тисків р₁ - р₀ відкривається всмоктуючий клапан і газ поступає в компресор. Всмоктування (лінія АВ) продовжується до досягнення поршнем правого крайнього положення (точка В). Об’єм всмоктуючого газу V_вс пропорційний відрізку АВ і може бути виражений в долях робочого об’єму циліндра , де - об’ємний коефіцієнт компресора. При русі поршня із крайнього положення вліво всмоктуючий клапан закривається і починається політропне стиснення газу (лінія ВС) до тиску, дещо більшого за тиск р₂ в нагнітальному трубопроводі, при якому (в точці С) відкривається нагнітальний клапан. Нагнітання відбувається по лінії СD, величина якої пропорційна об’єму нагнітального газу.