Индикаторная диаграмма поршневого компрессора. Подача компрессора

Графическая зависимость давления газа в цилиндре компрессора от объема, проходимого поршнем за один оборот вала, называется индикаторной диаграммой.

Индикаторная диаграмма ступени компрессора изображена на рис. 5,9. Началу открытия всасывающего клапана соответствует точка 4, а его закрытию - точка 1. Таким образом, линия 4-1 изображает на диаграмме процесс всасывания.

Рисунок 5.9 – Индикаторная диаграмма ступени поршневого компрессора

Объем, описываемый поршнем при его прохождении от точки 4 до точки 1, является объемом всасывания V_вc. При движении поршня от точки 1 до точки 2 происходит процесс сжатия газа в рабочем цилиндре до давления нагнетания. Началу открытия нагнетательного клапана соответствует точка 2, а его закрытию - точка 3. Линия 2-3 изображает процесс нагнетания, а объем, описываемый поршнем на участке 2-3, является объемом нагнетания V_нг. Точка 3 отстоит от оси ординат на расстоянии, соответствующем “мертвому объему” V_м. Естественно, что при движении поршня от ВМТ к НМТ газ, занимающий “мертвый объем” VM, расширяется, его давление снижается до тех пор, пока не достигнет давления всасывания р_вс, при котором откроется всасывающий клапан. Этот процесс расширения газа изображается на диаграмме линией 3-4. Объем, который занимает расширившийся газ “мертвого объема” в момент открытия всасывающего клапана, обозначен на диаграмме V_расш. Наличие “мертвого объема” приводит к тому, что всасывание начинается не в начале обратного хода поршня, а в конце процесса расширения. Следовательно, объем газа VBC, всасываемый поршнем, меньше рабочего объема цилиндра.

Отношение всасываемого объема к рабочему объему цилиндра называется объемным коэффициентом:

(5.13)

По уравнению политропы для начала и конца процесса расширения газа “мертвого объема” имеем

(5.14)

Обозначая относительный “мертвый объем”

преобразуем уравнение (5.14) следующим образом:

откуда

(5.15)

где ε = р_нг/р_вс - степень сжатия.

Из диаграммы (рис. 5.90) следует:

(5.16)

Подставляя выражение (5.16) в (5.13), получаем

(5.17)

Из формулы (5.17) видно, что при отсутствии сжатия (ε = 1) λ₀ = 1, т.е. объем всасывания равен рабочему объему. При увеличении е объемный коэффициент λ₀ уменьшается и при некотором предельном значении ε_пр становится равным нулю. В этом случае сжимаемый газ достигнет давления нагнетания р_нг в момент, когда поршень переместится в ВМТ, т.е. весь всосавшийся в рабочий цилиндр газ, сжавшись до давления нагнетания, займет “мертвый объем”. При обратном ходе поршня газ из “мертвого объема”, расширяясь, займет весь рабочий объем цилиндра. В этом случае процессы всасывания и нагнетания прекратятся. Подставляя в формулу (5.17) λ₀ = 0, найдем соотношение между предельным значением степени сжатия и относительным “мертвым объемом”:

(5.18)

При радиальном расположении клапанов в цилиндре относительный “мертвый объем” у ступеней низкого давления а = 0,06-0,12, а у ступеней высокого давления а = 0,12-0,18. При расположении клапанов в крышке цилиндра а = 0,05-0,08. Принимая показатель политропы m = 1,2, находим, что для а = 0,1 ε_пр = 18. Это одна из причин необходимости применения многоступенчатого сжатия. В таком случае степень сжатия каждой ступени выбирается с учетом того, что объемный коэффициент λ₀ уменьшается с увеличением ε. Из формулы (5.17) для а = 0,1 и m = 1,2 находим, что при ε = 3 λ₀ = 0,85, а при ε = 4 λ₀ = 0,78.

Действительное уменьшение объема всасываемого газа будет большим вследствие задержки и постепенности открытия клапанов, процесса нагрева всасываемого газа от горячих поверхностей клапана, цилиндра и поршня. Первое обстоятельство учитывается коэффициентом давления λ_р, а второе - тепловым коэффициентом λ_т. Действительный объем всасывания

(5.19)

Для современных компрессоров λ_р = 0,95-0,98 и λ_т = 0,90-0,95.

Зная объем всасывания, можно рассчитать подачу компрессора. Объемная подача одноцилиндрового компрессора одностороннего действия

(5.20)

где п - частота вращения приводного вала компрессора (число двойных ходов поршня в единицу времени).