Поршневые компрессоры

Одноступенчатый компрессор. Поршневые компрессоры применяются для сжатия газов. При подготовке к данной лабораторной работе необходимо усво­ить принцип действия поршневого компрессора, который основан на изменении объема рабочей полости цилиндра за счет перемещения поршня. При движении поршня 2 слева направо происходит всасывание газа при открытом всасывающем клапане 4 и заполнение им цилиндра 1 (рис. 1). Вса­сывание изображено на теоретической индикаторной диаграмме (рис. 2) линией 4–1. При обратном движении поршня всасывающий клапан закрывается и происходит сжатие газа до требуемого давления Р₂ (процесс 1–2). Как только давление в цилиндре достигнет величины Р₂, откроется нагнетательный клапан 5 (рис.1) и газ начнет выталкиваться поршнем в газосборник (процесс 2–3, рис.2). При достижении поршнем крайнего левого положения в реальном компрессоре снача­ла происходит расширение газа, оставшегося в зазоре между поршнем и крышкой цилиндра (вредном пространстве V₀), до давления во всасывающей магистрали P₁ (процесс 3–4). Лишь после этого откроется всасывающий клапан и начнется наполнение цилиндра новой пор­цией газа (процесс 4–1). В результате часть рабочего объема не заполнится свежей порцией газа и действительный объём всасывания V_вс уменьшится в сравнении с рабочим объёмом V_раб.

Отношение объема всасывания V_вс к рабочему объему V_раб представляет собой объем­ный коэффициент полезного действия компрессора:

, (1)

по величине которого оценивается подача сжатого газа потребителю (производительность компрессора). Обратите внимание на то (см.[1–3]), что объемный КПД уменьшается с увеличением вредного пространства и повышением давления сжатия.

Следует помнить, что работа l_k, затрачиваемая на привод компрессора, чис­ленно равна площади, ограниченной контуром индикаторной диаграммы. На рис. 2 это площадь, ограниченная контуром 1234l (заштрихованная площадь). Эта работа зависит от характера процесса сжатия, которая может протекать различными путями в зависимости от интенсивности отвода теплоты от сжимаемого газа. На рис. 2 изображены изотермический 1–2′ (n=1), адиабатный 1–2′′ (n=к) и политропный 1–2 (к>n>1) процессы сжатия. Обратите внимание на то, что сжатие по изотерме требует наименьших затрат работы, т. е. является энерге­тически наиболее выгодным. Чтобы приблизить процесс сжатия в компрессоре к изотермическому, необходимо интенсивно отводить теплоту от сжимаемого газа. Это достигает­ся за счет охлаждения цилиндра, например, водой, подаваемой в рубашку охлаждения 3, образуемую полыми стенками цилиндра (рис. 1). В реальных условиях экс­плуатации отвод теплоты является таким, что сжатие газа осуществляется по полит­ропе с показателем политропы n= 1,18 – 1,23.