12. Одноступенчатый паровой компрессор. Определение работы сжатия в различных процессах.

Компрессор – машина для получения сжатых газов. Пневматические инструменты – инструменты которые работают без электричества.

По принципу действия бывают:

1 Статические (объёмные)

2 Динамические (турбокомпрессоры)

В компрессорах статического сжатия газ остаётся практически не подвижным, к ним относятся поршневые и реакционные компрессоры.

В компрессорах динамического сжатия поток газа разгоняется до большой скорости, а за тем интенсивно тормозится, за счёт этого кинетическая энергия потока превращается в потенциальную энергию давления. Так работают осевые и центробежные компрессоры. Производительность от 1 до 1 млн/м³ за час.

П роцессы термодинамики во всех компрессорах одинаковы, поэтому рассмотрим поршневые компрессоры.

Индикаторная диаграмма идеального поршневого компрессора.

4 – 1 – всасывание газ в цилиндр;

1 – 2 – сжатие газа;

2 – 3 – выпуск газа в резервуар;

3 – 4 – закрытие клапана 2 и открытие клапана 1.

Материальной моделью сжатия газа в идеальном компрессоре является политропный процесс.

1 – 2 – политропны процесс;

1 – 2а – изотермический процесс;

1 – 2б – адиабатный процесс.

При n = 1 изотермический,

n = k адиабатный.

Изотермическое сжатие было бы возможно, если бы стенки цилиндра обладали бы идеальной теплопроводностью. Адиабатный процесс мог бы быть,

если бы стенки сосуда вообще не проводили теплоту.

Термодинамический анализ работы компрессора.

Если рабочим телом является идеальный газ, то техническая работа при адиабатном сжатии определяется по формуле.

Механическая работа при изотермическом сжатии Q = L.

Механическая работа при политропном сжатии

C_V – средняя в интервале температур изотропная теплоёмкость.

Механическая работа в PV координатах изображается площадью 1 – 2 – 3 – 4.

При изотермическом сжатии она наименьшая, а при адиабатном наибольшая.

Применение стенок водяного компрессора позволяет уменьшить техническую работу, затраченную на её привод.

Теоретическая мощность для привода компрессора N=M·L , где M – массовая производительность компрессора, L – техническая работа, N – мощность.

Если задана объёмная производительность компрессора в м³/с то массовый расход М можно найти:

Совершенство работы охлаждаемых компрессоров характеризуется изотермическим КПД

Аналогично совершенство работы неохлаждаемых компрессоров характеризуется адиабатным КПД: .

В реальном компрессоре поршень не подходит к крышке цилиндра в плотную, между ними остаётся «вредное пространство». В результате не весь сжатый газ выталкивается из цилиндра и производительность компрессора уменьшается, чем меньше конечное давление => чем меньше объём зажимает газ в конце сжатия, тем больше его доля остаётся во вредном пространстве. В противном случае, когда конечный объём газа сжатия равен объёму вредного пространства, производительность компрессора окажется нулевой.

V_n – объём вредного пространства.