Термодинамические процессы в одноступенчатом идеальном компрессоре.

Теоретический рабочий процесс. Компрессор (рис.6) состоит из цилиндра 1 с поршнем 2, который при помощи кривошипно-шатунного механизма 5, соединенного с валом, совершает возвратно- поступательное движение. Вал получает вращательное движение от электродвигателя или двигателя другого типа. Для всасывания и нагнетания газа имеются соответственно всасывающий 3 и нагнетательный 4 клапаны. Оба клапана самодействующие, открываются и закрываются под действием разности давлений в цилиндре и трубопроводе.

Рис. 6. Принципиальная схема компрессора и теоретический рабочий процесс

 

При рассмотрении теоретического процесса делают следующие допущения: объем всасываемого газа Vвс равен теоретической объемной подаче Vт, т.е. отсутствует мертвое пространство – пространство между крышкой цилиндра и поршнем в крайнем положении; отсутствует трение поршня о стенки цилиндра; отсутствует гидравлическое сопротивление всасывающих и нагнетательных клапанов, т. е. в процессах всасывания и нагнетания давление газа не изменяется.

Теоретический рабочий процесс в компрессоре (рис.7 ) представлен в виде индикаторной диаграммы, которая показывает изменение давления и рабочего объема в цилиндре по ходу поршня.

Рис.7. Процесс сжатия газа в теоретическом цикле

 

При движении поршня вправо происходит всасывание газа в цилиндр компрессора по линии 4-1 при постоянном давлении Р1; при обратном движении поршня газ сжимается в процессе 1-2 от начального давления Р1 до конечного Р2, а затем происходит выталкивание газа по линии 2-3 при постоянном давлении Р2. так как в рассматриваемом теоретическом компрессоре отсутствует мертвое пространство, то линия 3-4 совпадает с осью координат, т. е. в левой мертвой точке давление меняется мгновенно от Р2 до Р1. кроме того, вследствие предполагаемого отсутствия гидравлического сопротивления всасывающего и нагнетательного клапанов линии 4-1 и 2-3 совпадают соответственно с линиями Р1=const и Р2=const.

При всасывании и нагнетании объем газа, заключенного в цилиндре, изменяется вместе с его массовым количеством, но его удельные объемы υ1 и υ2 остаются постоянными. Поэтому цикл компрессора, изображенный в координатах V-р, не может быть представлен в координатах υ-р.

В зависимости от условий процесс сжатия газа в теоретическом цикле может протекать по изотерме, адиабате или политропе, вследствие чего цикл компрессора называют соответственно изотермическим, адиабатным или политропным.

Процессы всасывания и нагнетания не являются термодинамическими, так как для идеального компрессора они не изменяют термодинамические параметры газа, а при изменении объема цилиндра происходят механические процессы его заполнения газом и опорожнения.

Работа Lк, расходуемая на осуществление теоретического цикла, т.е. на сжатие V м3 газа от давления Р1 до давления Р2, выразится в виде алгебраической суммы трех работ: работы всасывания Lвс, работы сжатия Lсж и работы нагнетания Lн. работу всасывания принимают положительной, так как при всасывании увеличивается объем газа в цилиндре, а работы сжатия и нагнетания, связанные с уменьшением объема газа в цилиндре, - отрицательными.

В связи с этим, можно записать:

Lвс1∙F∙S1=p1∙V1

Lн=-р2∙F∙S2=p2∙V2

 

где F – площадь сечения поршня; S1, S2, V1, V2 – ход поршня и объем цилиндра при всасывании и при нагнетании соответственно, м, м3.

А работа сжатия:

Lсж= р∙dV

 

Результирующая работа за цикл выражается суммой:

 

Lк=Lвс+Lсж+Lн

 

Величина работы компрессора изменяется в зависимости от термодинамического характера процесса сжатия.

В изотермическом процессе сжатия идеального газа давление и удельный объем связаны уравнением:

p1∙υ1=p2∙υ2

 

Тогда работа компрессора для произвольной массы газа в этом случае равна работе сжатия:

Lк.из.=Lсж=-р1∙V1∙ln(υ12) = -m∙R∙T∙ln(p2/p1)

 

или для одного килограмма газа:

 

Lк.из.=-р1∙υ1∙ln(υ12)= -R∙T∙ln(p2/p1)

 

В адиабатном процессе сжатия идеального газа между давлением и удельным объемом существует соотношение:

 

р∙υk=const, т.е. р1∙υ1k=p2∙υ2k

 

Значение работы адиабатного сжатия:

 

lсж=[1/(k-1)]∙(p1∙υ1 – p2∙υ2)

 

Удельная работа компрессора при адиабатном процессе сжатии:

 

lк.ад.=[k/(k-1)]∙(p1∙υ1-p2∙υ2) = [k/(k-1)]∙R∙(T1-T2)

 

А так как величина k=cp/cυ больше единицы, то при адиабатном процессе работа компрессора всегда больше, чем при изотермическом.

Для политропного процесса сжатия газа удельный объем и давление связаны уравнением:

р∙υn=const, т.е. р1∙υ1n=p2∙υ2n

 

Температура газа в конце сжатия в политропном процессе равна:

 

T2=T1∙(p2/p1)(n-1)/n

 

Тогда удельная работа политропного сжатия :

 

lсж=[1/(n-1)]∙(p1∙υ1-p2∙υ2)

 

Удельная работа компрессора:

 

lк.пол.=[n/(n-1)]∙(p1∙υ1-p2∙υ2)

 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В КОМПРЕССИОННЫХ МАШИНАХ | Многоступенчатые компрессоры


Дата добавления: 2017-04-20; просмотров: 36; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию, введите в поисковое поле ключевые слова и изучайте нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам понравился данный ресурс вы можете рассказать о нем друзьям. Сделать это можно через соц. кнопки выше.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2017 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.091 сек.