Принцип работы и термодинамические условия работы поршневого компрессора

Принципиальная схема поршневого компрессора (рис. 3.1.) включает щитндр 1, поршень 2, всасывающий 3 и нагнетательный 4 клапаны, шток 5 и кривошипно-шатунный механизм, состоящий из крейцкопфа 6, шатуна 7 и кривошипа 8.

Рис. 3.1. Схема поршневого компрессора

Рабочий процесс в поршневом компрессоре осуществляется за четыре этапа:

1. Расширение газа во «вредном» пространстве цилиндра компрессора (в клапанах и околоклапанном пространстве, в зазоре между крышкой цилиндра и плоскостью АЛ, соответствующей крайнему положению поршня).

2. Всасывание. Расширение и всасывание происходят при движении поршня от плоскости АА до плоскости ВВ на длине хода поршня s. При этом всасывающий клапан открывается не сразу, а лишь после того, как газ, находящийся во «вредном» пространстве цилиндра, расширится и его давление станет меньше давления во всасывающей линии. В этот момент откроется клапан 3, и газ нач­нет поступать в цилиндр компрессора.

3. Сжатие происходит при движении поршня от плоскости ВВ до плоскости СС.

4. Нагнетание происходит при движении поршня от плоско­сти СС до плоскости АА. Нагнетание газа в трубопровод начинает­ся тогда, когда давление газа в 1щлиндре превысит давление в на­гнетательной линии, в этот момент откроется клапан 4, и газ нач­нет поступать в трубопровод.

Расширение и сжатие газа в компрессоре связаны с измене­нием его температуры и являются объектом изучения технической термодинамики. Характер изменения объема газа зависит от усло­вий теплообмена между газом, деталями компрессора и окружаю­щей средой. В зависимости от этого сжатие или расширение могут происходить:

- без теплообмена (адиабатический процесс), т. е. с нагревом газа при его сжатии или охлаждением газа при его расши­рении;

- с частичным теплообменом (политропический процесс);

- с полным теплообменом (изотермический процесс), т. е. с сохранением одной и той же, постоянной при сжатии и расширении, температуры газа.

Как видно из определений, адиабатический и изотермиче­ский процессы являются частными случаями политропического процесса.

Политропический процесс изменения состояния идеального газа задается уравнением:

(3.1)

где р - давление; V- объем газа; т - показатель политропы

При адиабатическом процессе т = к иназывается показате­лем адиабаты. Он равен 1,67 для одноатомных газов, 1,4... 1,41 для двухатомных и 1,2... 1,3 для трех- и многоатомных газов.

При изотермическом процессе m = 1.

Из условий работы поршневого компрессора видно, что процессы сжатия и расширения газа происходят в основном при политропическом процессе.

Изменение температуры газа можно определить, используя уравнение состояния идеального газа:

(3.2)

где R - газовая постоянная;

Т - абсолютная температура газа в цилиндре,

Для политропического процесса температура после сжатия определяется по формуле:

(3.3.)

где - конечная температура газа после сжатия, - начальная температура газа,