Коэффициент наполнения(КН)

Глава3.

1. Поршневые компрессоры могут быть разделены на два обширных типа: бескрейцкопфные и крейцкопфные. Бескрейцкопфные компрессоры малой производительности отличаются простотой конструкции, имеют лучшие массогабаритные характеристики, вследствие чего помимо использования в стационарных условиях они получили широкое распространение в передвижных и транспортных установках, где требования компактности и малой массы особенно существенны. Этот тип компрессоров выполняется с тронковыми и дифференциальными поршнями. Площадь поверхности поршня, обращенная к картеру, остается нерабочей при тронковом поршне, а при дифференциальном — она может быть использована лишь частично. Роль крейцкопфа в бескрейцкопфных компрессорах выполняет сам поршень, через него на стенки цилиндра передается нормальная составляющая поршневой силы. Последнее ведет к повышенному износу поршня и цилиндра и росту утечек газа через поршневое уплотнение, которые поступают в картер. При сжатии токсичных и взрывоопасных газов необходимо принимать специальные меры (делать картер герметичным с уплотненным выводом вала) для предотвращения попадания газа в машинный зал. В бескрейцкопфных компрессорах для смазки цилиндров и механизма движения используют компрессорные масла, обладающие достаточной вязкостью при высокой температуре стенок рабочей камеры, но излишне вязкие для механизма движения, что ведет к дополнительным затратам работы на механическое трение. Бескрейцкопфные компрессоры уступают крейцкопфным по потерям на трение, кроме того, при равных производительностях они имеют большие диаметры поршней. Основные преимущества бескрейцкопфных компрессоров — малая масса и габаритные размеры. С экономической точки зрения область их рационального применения ограничивается мощностью 40—50 кВт. Более крупные компрессоры целесообразно выполнять крейцкопфными.Поршневые компрессоры по расположению осей цилиндров в пространстве подразделяются на вертикальные, горизонтальные и угловые. Наиболее распространены угловые компрессоры с осями цилиндров, симметричными вертикали (У- и Ш-образные), и вертикально-горизонтальные (П-образные или прямоугольные).

2. Мертвое пространство поршневого компрессора представляет собой объем, заключенный между клапанами и днищем поршня в момент нахождения его в верхней, мертвой точке.
Основной причиной существования мертвого пространства является линейный зазор между днищем поршня и клапанной доской (не менее 0;01 диаметра цилиндра),предназначенной для компенсации удлинения поршня и шатуна при их нагревании, а также возможной неточности, допущенной при изготовлении деталей и сборке компрессора. В мертвое пространство входит также объем углублений и отверстий клапанов и объем кольцевого зазора между стенкой цилиндра и поршнем (до первого кольца).
В быстроходных компрессорах объем мертвого пространства составляет от 3 до 5% объема цилиндра. В современных малых герметичных компрессорах объем мертвого пространства снижен до 2%. Расширение паров, остающихся в мертвом пространстве цилиндра, уменьшает объем всасывания, а следовательно, и производительность компрессора. Чем больше объем мертвого пространства, тем значительнее снижение действительной производительности компрессора. Поэтому мертвое пространство называют иногда «вредным» пространством.

3. Объемной производительностью компрессора называется объём газа, нагнетаемого в единицу времени, например в секунду, замеренной на выходе из компрессора, но пересчитанной на условия всасывания, т.е. на давление и температуру во всасывающем патрубке цилиндра I ступени. При пересчёте учитывается отношение сжимаемости газа и добавляемый объём пара, соответствующий выделившейся влаге. Объёмная производительность компрессора весьма зависит от внешних условий: температуры всасываемого газа, его давления и влажности, т. е. от его состояния и является параметром, характеризующим компрессор. Массовая производительность находится умножением объёмной на плотность всасываемого газа.

4. При рассмотрении идеального цикла поршневого компрессора принимают следующие допущения:

1. Отсутствуют сопротивления движению потока газа (в том числе и в клапанах).
2. Давление и температура газа во всасывающей и нагнетательной линиях постоянны.
3. Давление и температура газа в период всасывания, так же как и в период выталкивания газа из цилиндра, не меняются.
4. Мертвое (вредное) пространство в цилиндре компрессора отсутствует.
5. Нет потерь мощности на трение и нет утечек газа.

5. Индикаторная диаграмма идеального цикла представлена нарис. 3.2. Процесс сжатия газа поршнем характеризуют кривые 1-2. При изотермическом процессе это будет кривая 1-2"', при адиабатическом 1-2",а при политропическом 1-2 или 1-2".Рассматривая политропический процесс1-2, видим, что за этот период цикла, объем газа уменьшится с V₁до V₂, давление изменится отр₁ до р₂, а температура - от Т₁до Т₂. Далее идет нагнетание газа в трубопровод 2-3. Давление и температура газа остаются в этот период неизменными (р₂и Т₂). Весь объем газа V₂переходит в нагнетательный трубопровод. За период3-4 в цилиндре снижается давление до давления во всасывающем трубопроводе (р₁) закрывается нагнетательный клапан и с началом движения поршня вправо открывается всасывающий клапан. Период всасывания характеризуется линией 4-1. Здесь давление и температура газа равны р₁и Т₁, в цилиндр поступает объем газа, равный V₁.

Рис. 3.2. Индикаторная диаграмма идеального цикла компрессора простого действия

6. В действительном компрессоре имеются гидравлические потери при движении воздуха через клапаны, представляющие местные сопротивления, и трубопроводы. Таким образом, воздух в цилиндре во время всасывания будет иметь меньшее давление, чем во всасывающем патрубке, что скажется на производительности и мощности компрессора. Во время процесса нагнетания за счет потерь давления в нагнетательных клапанах давление газа в цилиндре будет больше, чем давление газа в нагнетательном патрубке. Гидравлические потери во всасывающих и нагнетательных клапанах приводят к уменьшению производительности и увеличению потребляемой компрессором мощности. Потери давления на гидравлические сопротивления в клапанах будут непостоянными в течение хода движения поршня, так как скорость протекания воздуха в клапанах будет переменна и будет зависеть от переменной скорости поршня.

Коэффициент наполнения(КН)

КН – отношение массы смеси, поступившей в цилиндр в такте впуска, к массе смеси, которая могла бы заполнить цилиндр в идеальном случае (теоретически). КН показывает, насколько идеально работает двигатель. КН=1 если количество смеси, поступающей за 1 такт впуска в цилиндр максимально, КН<1 если количество смеси, поступающей за 1 такт впуска в цилиндр, меньше максимально возможного.

Объемный коэффициент отражает степень полноты использования объема цилиндра

8. Индикаторной мощностью называется внутренняя мощность, затрачиваемая на осуществление действительного процесса. Она учитывает все затраты энергии на всасывание, сжатие, нагнетание и обратное расширение газа и не учитывает затраты энергии на преодоление механического трения в контактных парах (поршень-цилиндр, шток-сальник и т.п.), в подшипниках,. пальцах и др. Для определения индикаторной (внутренней) мощности работающего компрессора служат индикаторные диаграммы, записанные индикатором для каждой полости цилиндров всех ступеней. Индикаторная мощность компрессора является суммой индикаторных мощностей всех полостей, в которых происходят рабочие процессы, т.е. Nтнд.к = å Ni

10. В поршневых компрессорах сжатие является недостаточным вследствие сжимаемости подлежащей компрессии среды в зоне низкого давления, которая может содержать несколько ступеней сжатия, поскольку как раз при всасывании в области атмосферного давления необходимы очень большие объемы поршней, соответственно цилиндров. Такие большие цилиндры являются, с одной стороны, технически проблематичными из-за неблагоприятного соотношения хода к внутреннему диаметру (поскольку ход поршней всех компрессорных ступеней обычно одинаков, а диаметр цилиндра в различных ступенях сжатия изменяется), и с другой стороны, это приводит к очень высокой стоимости вследствие величины клапанов, поршневых колец и т.д.

Многоступенчатое сжатие вызывается необходимостью ограничить температуру сжимаемого газа. В воздушных компрессорах возникает опасность воспламенения и взрыва масляного нагара, накапливающегося в трубопроводах, на крышках компрессоров и поверхностях клапанов, поэтому температура нагнетаемого воздуха не должна превышать 453К