Изучение устройства и принципа действия

Поршневого компрессора

Ц е л ь р а б о ты : 1. Изучение устройства и принципа действия поршневого компрессора.

2. Приобретение практических навыков эксплуатации и ремонта компрессора.

Р е к о м е н д у е м а я л и т е р а т у р а : [1, 2, 4].

Теоретические сведения

Холодильные машины, работающие в области умеренного холода, в зависимости от вида используемой энергии делят на три основные группы: парокомпрессионные (использующие механическую энергию), абсорбционные и пароэжекторные (теплоиспользующие), термоэлектрические (использующие непосредственно электрическую энергию).

Наибольшее распространение в парокомпрессионных холодильных машинах получили поршневые компрессоры, которые классифицируются по следующим признакам:

1) виду хладагента – аммиачные, фреоновые и т.д.;

2) величине хододопроизводительности – малые компрессоры (до 12 кВт), средние компрессоры (от 12 до 120 кВт) и крупные компрессоры (более 120 кВт);

3) степени герметизации корпуса – герметичные, полугерметичные и негерметичные (открытые);

4) числу ступеней сжатия – одноступенчатые, двухступенчатые и трехступенчатые компрессоры;

5) рабочим полостям цилиндра – компрессоры простого действия (при сжатии паров только с одной стороны поршня) и компрессоры двойного действия (пары сжимаются поочередно обеими сторонами поршня);

6) движению паров в цилиндре – прямоточные компрессоры (с движением паров в одном направлении) и непрямоточные компрессоры (с меняющимся движением паров в цилиндрах);

7) расположению осей цилиндров – компрессоры горизонтальные, вертикальные и V-, W-, VV-образные;

8) числу цилиндров – одноцилиндровые и многоцилиндровые компрессоры (до 16 цилиндров);

9) числу оборотов коленчатого вала компрессора – тихоходные до 500 мин^–1 и быстроходные – свыше 500 мин^–1.

В цилиндре компрессора при ходе поршня из одного крайнего положения в другое происходят изменения давления р и объема V согласно индикаторной диаграмме (рис. 1).

Рис. 1. Диаграмма р-V рабочего процесса поршневого компрессора

Линия всасывания аb. Пары холодильного агента засасываются из испарителя приблизительно с постоянным низким давлением р₀-Δр₀. Вследствие сопротивления во всасывающих клапанах давление всасывания ниже давления испарения р₀. При открытии всасывающего клапана (точка «а») начинается всасывание паров.

Линия сжатия bс. При обратном ходе поршня пары в цилиндре сжимаются при соответствующем повышении давления и температуры.

Линия выталкивания cd. После преодоления сопротивления нагнетательного клапана (точка «с») сжатые пары холодильного агента до конца хода поршня нагнетаются в конденсатор Давление нагнетания, вследствие сопротивления в нагнетательных клапанах и трубопроводах выше давления конденсации р_к+Δр.

Линия расширения dа. При обратном коде поршня оставшиеся во «вредном пространстве» сжатые пары расширяются. Давление при этом снижается до давления всасывания. Затем открывается всасывающий клапан, и снова засасываются пары из испарителя.

Действительный рабочий процесс компрессора отличается от теоретического тем, что сжатие паров происходит по политропе вместо сжатия по адиабате, кроме того, компрессор всасывает не сухой насыщенный пар, а перегретый. При этом начальное давление засасываемых паров ниже давления испарения, а конечное давление сжатых паров выше давления конденсации.

Работа, затраченная в компрессоре на каждый килограмм агента, значительно больше, чем в теоретическом цикле ввиду дросселирования паров в каналах и клапанах при всасывании и нагнетании. Часть этой работы отводится в виде теплоты в воздух конвекцией и лучеиспусканием.

Порядок выполнения работы

В лаборатории студенты знакомятся с конструкцией герметичного, полугерметичного и негерметичного поршневых компрессоров, выполняют сборочный чертеж одного из узлов компрессора и заполняют спецификацию к нему в соответствии с требованиями ЕСКД.

Затем по исходным данным студенты строят р-V диаграмму рабочего процесса поршневого компрессора.

Построение р-V диаграммы рабочего процесса

поршневого компрессора

Объем цилиндра поршневого компрессора определяется исходя из диаметра и хода поршня с учетом «мертвого пространства» цилиндра, которое для непрямоточных компрессоров средней производительности составляет 4…5 %.

Расчетная часть

V_b=0,25pD²s(1+0,05). (1)

Давление, соответствующее точке «b» составляет

р_b = р₀ – Dр₀, (2)

где Dр₀ – гидравлическое сопротивление на линии всасывания, зависящее от конструкции всасывающего вентиля и клапана (в среднем Dр₀=0,03 МПа).

Точку «с» характеризует давление р_с

р_с = р_к +Dр_к, (3)

где Dр_к – гидравлические потери на линии нагнетания, определяемые конструкциями нагнетательного клапана и вентиля (в среднем 0,06 МПа).

Можно считать, что сжатие в цилиндре происходит по адиабате, тогда из первого закона термодинамики

р_b^.V_b^k = р_с^.V_с^k (4)

где k – показатель адиабаты холодильного агента.

. (5)

Точка «d» лежит на изобаре «с – d» и р_d = р_с. Объем V_d определяется «мертвым пространством» цилиндра

. (6)

Точка «а» ограничивает адиабату «d – a», ей соответствует давление р_b и объем V_а определяется выражением

. (7)

Контрольные вопросы

1. По каким признакам классифицируются поршневые компрессоры?

2. Каковы устройство и принцип действия герметичного компрессора?

3. Каковы устройство и принцип действия полугерметичного компрессора?

4. Каковы устройство и принцип действия негерметичного компрессора?

5. Каким образом осуществляется построение индикаторной диаграммы компрессора?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2