Общая характеристика компрессоров

Одноступенчатый поршневой компрессор, его устройство, цикл и

КПД.

Компрессор - машина, предназначенная для сжатия и перемещения газов и паров.

Компрессоры классифицируют по следующим признакам.

По роду сжимаемой среды: воздушные, газовые, паровые.

По принципу действия:

объемные - поршневые, ротационные; лопастные - осевые, центробежные;

Иногда встречаются струйные компрессоры (точнее насосы).

По степени повышения давления

компрессоры низкого, среднего и высокого давления; или вентиляторы, нагнетатели и собственно компрессоры. Кроме того, компрессоры классифицируют по конструктивным признакам (число и расположение цилиндров, число ступеней сжатия), наличию системы охлаждения и т. д.

К объемным компрессорам относят поршневые, ротационные и шестеренчатые.

Одноступенчатый поршневой компрессор, схематическое устройство которого изображено на рис. 15.1, состоит из следующих элементов:

1 - цилиндр; 2 - поршень; 3 - впускной клапан; 4 - выпускной клапан; 5 - система охлаждения цилиндра; 6 - кривошипно шатунный механизм.

Ротационный компрессор (см. рис. 15.2) включает корпус 1, в котором эксцентрично установлен ротор 3 с подвижными пластинами 2. При вращении ротора объем газа между двумя соседними пластинами уменьшается, поэтому повышается давление газа.

Цикл идеального компрессора представлен на рис. 15.3 в ру - координатах. Он состоит из следующих процессов:

4-1 - заполнение цилиндра при давлении р1; 1-2 - сжатие газа до требуемого давления р2; 2-3- выталкивание сжатого газа через выпускной клапан

Клапаны в компрессорах обычно открываются автоматически при достижении заданного давления.

Линия всасывания 4-1 и нагнетания 2-3 не являются термодинамическими процессами, т. к. состояние рабочего тела на этих линиях остается

постоянным, а изменяется лишь количество рабочего тела. Общая работа сжатия составит 0, где n - показатель политропы сжатия. Если сжатие осуществляется по изотерме.

При сжатии по изотерме работа сжатия меньше, чем при сжатии по политроне или адиабате.

На рис. 15.4а показаны циклы идеального компрессора со сжатием по этим трем процессам. При сжатии по изотерме работа цикла минимальна. На рис. 15.4б представлены процессы сжатия в TS - координатах.

Для приближения процесса сжатия к изотермическому применяют охлаждение компрессоров (обычно водяные).

Для охлаждаемых компрессоров вводятся понятие изотермического КПД.

В реальных поршневых компрессорах всегда имеется вредное пространство, определяемое объемом между крышкой цилиндра и поршнем, находящимся в верхней мертвой точке.

Часть газа, оставшаяся в вредном пространстве, при движении поршня от верхней мертвой точки вниз, расширяется. Поэтому полезный рабочий объем цилиндра уменьшается.

Если Vh - рабочий объем цилиндра;

V0 - объем вредного пространства, то V1-V4 - действительный объем всасывания.

Vh - V1 - всегда

При повышений давления величина действительного объема всасывания уменьшается и в пределе может достигнуть нуля.

Объемный КПД компрессора учитывает влияние вредного пространства.

При увеличении степени повышения давления объемный КПД поршневого компрессора уменьшается. Кроме того, несмотря на охлаждение, температура газа или воздуха в конце процесса сжатия достигает ~ 200°С, что может привести (и приводит) к вспышкам масла, смазывающего стенки цилиндра, вследствие его разжижения и повышения температуры.

В силу указанных причин для одноступенчатых поршневых компрессоров величина степени повышения давления

обычно не превышает 10

Для достижения больших давлений применяют многоступенчатые компрессоры с промежуточным охлаждением газа после каждой ступени сжатия.