Вопрос 3.4. Индикаторная диаграмма реального рабочего процесса компрессора

Реальный цилиндр компрессора отличается от идеального преж­ де всего наличием вредного пространства. В этом пространстве оста­ ется некоторый объем сжатого газа после окончания процесса вытес­ нения его в нагнетательный трубопровод. В реальном компрессоре пространство это обусловлено полостью цилиндра, ограниченной с одной стороны его торцом, а с другой - торцом и уплотнениями поршня (см. рис. 3.1, объем от торца цилиндра до сечения АА), поло­ стями клапанной коробки и каналов у всасывающего и нагнетатель­ ного клапанов.

Вторым отличием является изменение давления, объема и темпе­ ратуры газа из-за затрат энергии на преодоление сопротивлений по­ току газа в клапанах и каналах и непостоянного режима теплообмена газа в результате контакта с окружающими его деталями и смешения газа, поступающего в цилиндр, с газом, заполняющим вредное про­ странство.

Рассмотрим подробнее реальный рабочий цикл компрессора. Процесс сжатия газа в цилиндре соответствует линии 1-2 на инди­

каторной диаграмме (рис. 3.3). В начальный момент сжатия относи­ тельно холодный газ получает тепло от нагретого цилиндра, вследствие чего процесс идет с подводом тепла к газу, и политропа отклоняется

- 8 5 -

	вправо от политропы идеально­
	го процесса (пунктирная ли­
	ния). В конце процесса сжатия
	газа температура его повышает­
	ся и становится больше темпе­
	ратуры цилиндра и клапанов,
	и процесс сжатия идет с отводом
	тепла от газа. Политропа на
	этом участке отклоняется влево
	от политропы идеального про­
	цесса. Эти явления приводят
	к тому, что показатель реальной
	политропы процесса сжатия
	газа становится переменным,
Рис. 3.3. Индикаторная диаграмма	и расчет процесса надо вести по
реального цикла компрессора	условному эквивалентному по-
простого действия	казателю политропы.

Понижение давления в цилиндре против давления во всасываю­ щей линии (см. рис. 3.3, точка 1), в начале сжатия обусловлено со­ противлением потоку газа во всасывающем клапане. Повышение дав­ ления против давления в нагнетательном трубопроводе (точка 2) в конце сжатия обусловлено усилиями, затрачиваемыми на открытие нагнетательного клапана (сопротивление пружин клапана и инерция масс деталей клапана, приводимых в движение при его открытии).

Процесс нагнетания соответствует линии 2-3. Повышенное, про­ тив идеального процесса, давление нагнетания обусловливается со­ противлениями потоку газа в нагнетательном клапане и подводящих каналах. Некоторая волнистость линии нагнетания обусловливается непостоянством сопротивлений потоку газа из-за изменений скорос­ тей поршня и газа, пульсацией давления в газопроводе и вибрацией клапанных пластин.

За процессом нагнетания в реальном цилиндре идет процесс рас­ ширения газа, оставшегося в мертвом (вредном) пространстве под давлениемр₂ "(линия 3-4). Объем вредного пространства V . Газ рас­ ширяется, снижая давление от р/'до р₄ и увеличивая свой объем до V₄. При этом поршень движется вправо. Процесс расширения закан­чивается при открытии всасывающего клапана. Давление в цилинд­ ре при этом будет ниже, чем во всасывающем трубопроводе, за счет усилий, затрачиваемых на открытие всасывающего клапана.

Процесс расширения газа идет вначале с отбором тепла от сжато­ го газа, а затем с подводом тепла к газу, и потому показатель политро­ пы будет не постоянен (так же как и при сжатии газа).

За процессом расширения идет всасывание газа (линия 4-1).

- 8 6 -

Давление в цилиндре при этом будет ниже давления в подводя­ щем трубопроводе за счет сопротивления движению потока газа в клапане и каналах.

Колебание давления всасывания в цилиндре обусловлено теми же явлениями, которые наблюдаются и при нагнетании газа.

Работа, затрачиваемая на сжатие газа, в реальном цикле опреде­ ляется площадью индикаторной диаграммы 1-2-3-4 (см. рис. 3.3). Сняв с цилиндра работающего компрессора индикаторную диаграм­ му, замеряют ее площадь (планиметром) и при известном масштабе объема и давления находят индикаторную работу (L_иш)).

Работа затрачиваемая на сжатие газа в объем вредного простран­ ства (см. рис. 3.3, площадь 3-3'-4\ возвращается при его расшире­ нии и в замеряемую площадь не входит. При расширении газ давит на поршень, за счет чего и возвращает накопленную энергию.

Работа L_wid включает заштрихованные участки Y-2-3 и 1-4'-4. Эти участки увеличивают работу, затрачиваемую в полном реальном цикле, по сравнению с работой в идеальном цикле.