Бір сатылы компрессор және оның термодинамикалық процестері

Газдарды сығуға және жылжытуға арналған құрылғыны компрессор деп атайды. Қазіргі кездегі қолданылатын компрессорлар екі топқа бөлінеді: поршендік және турбиндік (ортадантепкіштік). Компрессорлардың газдарды сығу процестерінің және олардың құрылымдарының айырмашылықтарына қарамастан, барлық компрессорлардың түрлерінде термодинамикалық сығу процесі бірдей. Компрессорлардағы процестер, олардың барлығына ортақ бірдей теңдеулермен анықталады.

1.25-суретте бірсатылы поршенді компрессордың принципиалдық жұмыс істеу схемасы көрсетілген.

1.25-сурет

Поршень сол жақтан оң жаққа жылжыған кезде цилиндрдегі қысым P₁-ден кіші болып, сору қақпағы А ашылады. Бұл кезде цилиндр газбен толтырылады – көлем v₁. Теориялық (индикаторлық) (1.26-сурет) диаграммада (4-1) – сору процесі. Поршень кері жылжыған кезде сору қақпағы А жабылып газ, 1-2 сызығымен сығылады. Цилиндрдегі қысым Р₂ шамасына дейін көтеріледі де айдау қақпағы Б ашылып, сығылған газ берілетін орынға жіберіледі. Сығылған газды шығару процесі (2-3) сәл ғана Р₁ қысымынан көптеуде өтеді.

Осыдан кейін айдау қақпағы Б жабылып, жаңадан кіргізу қақпағы А ашылып, барлық процестер қайталанады.

Компрессордегі жұмсалынатын техникалық (теориялық) жұмыс сығу процесінің түріне байланысты болады. 1.26-суретте бір сатылы поршенді компрессордегі сығылу процестері келтірілген. Компрессорлерде төмендегідей үш термодинамикалық сығылу процестері байқалады: Изотермалы (1-2) n=1, адиабатты (1-2″) n=K (1-2′) n.

1.26-сурет

Бір сатылы компрессорде сығылу дәреже ( ) 6......8 шектік бірлікте болады. Бұл кезде сығылудың соңында цилиндрдегі температура 50⁰С-ден жоғары болмау керек. Процестерді талдай 1.26-суреттен көрінгендей, изотермалы (n=1) сығу ең кіші жұмыс ауданын береді, сондықтан бұл процесс энергетикалық тұрғыда өте тиімді. Бірақ сығу процесін изотерма бойынша жүзеге асыру іс жүзінде өте қиын. Оған жақындау үшін компрессордегі сығылатын газдан жылуды әрдайым алып кету керек. Компрессордегі газды көрсеткіш n=К (адиабаталы) бойынша сығу температураны өсіреді, себебі сығылу процесі сыртқы қоршаған ортамен жылу алмаспай өтеді, сондықтан оны бұлай істеуге болмайды. Дегенмен, практикалық тұрғыда газды сығу процесі көрсеткіші n=1,2....1,25-ке тең политроп бойынша (1<n<K) жүргізіледі.

Компрессорды термодинмаикалық есептеудің негізгі мақсаты газды сығуға жұмсалған меншікті жұмысты анықтау және, содан кейін жетектеуші қозғалтқыштың қуатын.

Изотермалы сығу процесіндегі (n=1) жұмыс мынадай формуламен анықталады:

(1.7.1)

Политроптың сығу процесі (n) үшін:

(1.7.2)

Адиабаттық сығу процесі (n=K) үщін:

(1.7.3)

Компрессорда сығылатын қасиеттері идеал газдың қасиеттеріндей деп компрессорды жетектеге жұмсалған жұмыс:

(1.7.4)

Егер компрессордағы газдың шығыны m, кг/с, арқылы белгілесек, онда компрессор жетегінің теориялық қуатын анықтау үшін мына формуланы қолданады.

(1.7.5)

Мұндағы m-кг/с, L_k-Дж/с.

Көп сатылы сығу

Жоғары қысымды газ алу үшін көп сатылы компрессорлар қолданылады (1.27-сурет). Бұларда сығу процестері бірнеше тізбектеліп қосылған цилиндрлерде жүргізіледі және сығу процесінен кейін газ аралық тоңазытқышта (1,2) политроптық процесс бойынша салқындатылады.

1.27-сурет

1.28 және 1.29-суреттерде P,V және T,S диаграммаларында үш сатылы компрессорлардың процестері бейнеленген.

1.28-сурет 1.29-сурет

Компрессорлардың бірінші сатысында газ политропамен, алғашқы қысым Р₁-ден соңғы қысым Р₂-ге дейін сығылады (1-2); бұл кезде газдың температуралары Т₁-ден Т₂-ге дейін жоғарылайды. Осыдан кейін газ аралық салқындатқышқа 1 түсіп бастапқы температураға Т₁ дейін салқындайды (2-3). Салқындатылған газ екінші сатыда қысым Р₄-ке дейін сығылады және ол аралық салқындатқышқа 2 барады (4-5-газдың салқындану процесі). Үшінші сатыда газ соңғы қысымға Р₆ дейін сығылады, содан кейін газ резервуарға (Р) айдалады. Бұл кезде Т₁=Т3=Т₅, ал Т₂=Т₄=Т₆. Үш сатылы компрессор үшін сығылу дәрежесі Х мынаған тең болады.

(1.7.6)

Егер саты саны n болса

(1.7.7)

мұндағы Р_соң – соңғы сатыдан сығылудан кейін газдың соңғы қысымы.

Теориялық меншікті компрессордың жұмысы мына формуламен анықталады:

(1.7.8)

Ал компрессорды жетектеуші қозғалтқыштың қуаты мына теңдеумен анықталады:

(1.7.9)

1 кг газды сығу үшін керекті компрессордың жетектеуші қозғалтқышының нақты қуаты:

(1.7.10)

Мұндағы -компрессордың механикалық ПӘК.