Действительная индикаторная диаграмма компрессора

Действительная индикаторная диаграмма компрессора (рис. 7.4) отличается от теоретической. Это отличие обусловлено потерями на дросселирование во впускном и нагнетательном клапанах и наличием вредного пространства.

Вследствие сопротивления, оказываемого впускным и нагнетательным клапанами проходящему газу, всасывание происходит при давлении газа в цилиндре, меньшем, чем давление среды, из которой происходит всасывание, а нагнетание происходит при давлении большем, чем давление в нагнетательном патрубке.

Рисунок 7.4 - Действительная индикаторная диаграмма компрессора

В реальном компрессоре между поршнем, находящемся в крайнем верхнем положении, и крышкой цилиндра с клапанами всегда должен быть зазор, которому соответствует некоторый объем , называемый вредным пространством. Вследствие этого в процессе 2-3 (рис. 7.4) не весь газ выталкивается из цилиндра, а оставшаяся часть его, сжатая во вредном объеме , при движении поршня в обратном направлении расширяется по линии 3-4. При этом всасывание воздуха в компрессор начинается в т. 4. Поскольку при ходе всасывания часть рабочего объема заполняется расширяющимся газом вредного пространства, полезный рабочий объем цилиндра уменьшается до действительного объема всасывания . В связи с этим вводят понятие объемного КПД компрессора, учитывающего влияние вредного объема на производительность компрессора: 0,75…0,9.

В предельном случае линия нагнетания 2-3 превращается в точку и всасывание газа в цилиндр прекращается. Поршень работающего компрессора периодически сжимает одно и то же количество газа без нагнетания, то есть производительность компрессора равна нулю.

Многоступенчатое сжатие

При необходимости достижения высокого давления сжатия компрессоры выполняют многоступенчатыми, причем после каждой ступени рабочее тело поступает в охладитель О, где при постоянном давлении охлаждается до температуры всасывания (рис. 7.5).

Рисунок 7.5 - Схема двухступенчатого компрессора с промежуточным

охлаждением рабочего тела

Две причины определяют необходимость многоступенчатого сжатия. Первая из них связана с ограничениями по температуре рабочего тела, т.к. при сжатии до высоких давлений имеет место недопустимое из-за коксования или даже выгорания смазки повышение температуры в конце сжатия выше 200 ^оС.

Вторая причина выявляется при анализе процессов многоступенчатого (двухступенчатого) сжатия, изображенных на рис. 7.6. Процесс сжатия изображен ломаной линией 12¢1¢2.

а	б
Рисунок 7.6 - Процесс сжатия в двухступенчатом поршневом компрессоре: а- в vP – диаграмме; б - в sT – диаграмме

Воздух всасывается в первый цилиндр при давлении и сжимается в нем по политропе 12¢ до давления , с которым поступает в холодильник, где по изобаре охлаждается до температуры точки 1¢ и уменьшает свой объем. Этот процесс охлаждения изображается отрезком горизонтали 2¢1¢, точка 1¢ лежит так же, как и точка 1 на изотерме 11¢. Из холодильника воздух в состоянии 1¢ всасывается во второй цилиндр и сжимается там по политропе до требуемого давления .

Вследствие охлаждения рабочего тела в промежуточном охладителе, работа, затрачиваемая на привод многоступенчатого компрессора (пл. а12¢1¢2 b), меньше, чем такая же работа при одноступенчатом сжатии (пл. а12¢¢b) на значение, эквивалентное заштрихованной на vP-диаграмме площади. Вместе с этим выигрыш в работе на привод многоступенчатого компрессора по сравнению с одноступенчатым в какой-то мере декомпенсируется дополнительными затратами энергии на прокачку охлаждающей воды по соответствующим каналам охладителя. Теплота q_в, передаваемая охлаждающей воде, в некотором масштабе изображается на sT-диаграмме площадью под кривой процесса охлаждения 2¢1¢ (заштрихованная площадь).

Чем больше число ступеней сжатия и холодильников, промежуточных охладителей, тем ближе будет процесс к изотермическому.

Отношение давлений в ступенях задается при проектировании компрессора. В двухступенчатом компрессоре: ; и .

7.2 Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС)

Основной частью тепловых двигателей является один или несколько цилиндров. На крышке цилиндра - 2 клапана (всасывающий и нагнетательный). Продукты сгорания воздействуют на поршень, перемещая его из одного крайнего положения в другое. Поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение вала с помощью кривошипно-шатунного механизма. Один из основных показателей работы поршневых двигателей - среднее индикаторное давление цикла.

Среднее индикаторное давление цикла (среднее цикловое давление) -это работа цикла, приходящаяся на единицу рабочего объема цикла двигателя или условное давление, под действием которого поршень в течение одного хода совершает работу, равную работе всего теоретического цикла:

, (7.11)

где - работа цикла; - рабочий объем цилиндра.

Работа цикла определяется уравнением:

. (7.12)

Во всех реализуемых циклах поршневых двигателей внутреннего сгорания отвод теплоты производится при постоянном объеме.