Элементы теории компрессорных машин

Основные закономерности работы компрессорных машин объемного типа рассмотрим на примере поршневого компрессора. Расчеты многообразных динамических типов компрессоров отличаются и приведены в [4, 6, 8].

Для упрощения анализа работы поршневого компрессора вводят понятие идеального поршневого компрессора, которому приписывают следующие свойства: 1) объем мертвого пространства равен нулю; 2) клапаны безинерционны, и их гидравлическое сопротивление равно нулю; 3) отсутствует теплообмен между газом и компрессором (адиабатный процесс); 4) отсутствуют утечки газа; 5) перекачиваемый газ — идеальный.

Производительность идеального поршневого компрессора определяется по формуле

Q_т = SLn, (3.2)

где S — рабочая площадь поверхности поршня, L — ход поршня; n — число двойных ходов поршня в единицу времени.

Работа за цикл идеального поршневого компрессора равна

, (3.3)

где k — показатель адиабаты сжимаемого газа; p₁ — давление на линии всасывания; V₁ — всасываемый объем.

Средняя мощность идеального поршневого компрессора

, (3.4)

а средняя мощность поршневого компрессора при изотермическом сжатии

. (3.5)

Производительность реального поршневого компрессора связана с Q_т через коэффициент подачи  :

Q₀ = lQ_т. (3.6)

Коэффициент подачи, в свою очередь, определяется как произведение частных коэффициентов подачи:

l = l_в l_т l_р l_г l_j . (3.7)

Здесь l_в — коэффициент всасывания, характеризующий снижение производительности из-за мертвого пространства; l_т — коэффициент подачи, учитывающий влияние подогрева газа на производительность; l_р — коэффициент подачи, учитывающий влияние сопротивления всасывающего клапана на производительность компрессора; l_г — коэффициент герметичности, учитывающий влияние прямых утечек газа на производительность компрессора (является аналогом объемного КПД насосов); l_j — коэффициент подачи, учитывающий влияние влажности газа на производительность (при сжатии газа часть паров конденсируется, что приводит к дополнительному снижению объема сжатого газа).

Индикаторная диаграмма реального поршневого компрессора (рис. 3.16) является важным средством для контроля над работой компрессора; для ее построения используется специальный самописец, устанавливаемый обычно непосредственно на компрессоре. Работа за цикл пропорциональна площади индикаторной диаграммы. Процессу всасывания соответствует линия 4–1, процессу сжатия газа — линия 1–2, процессу нагнетания — линия 32–43, расширение газа, оставшегося в мертвом пространстве, описывается линией 3–4. «Всплески» вблизи точек 2 и 4 характеризуют инерционность клапанов, приводящую к запаздыванию их открытия. При появлении тех или иных неполадок в работе поршневого компрессора индикаторная диаграмма искажается, что позволяет использовать ее как средство диагноза технического состояния компрессора.

Рис. 3.16.Индикаторная диаграмма работы поршневого компрессора

Среднюю мощность, потребляемую реальным поршневым компрессором (при условии, что показатели политропы сжатия и расширения газа практически равны), можно определить по формуле

, (3.8)

где m — показатель политропы сжатия и расширения газа (их можно считать практически равными); h h — механический КПД машины; p₀ — давление на линии всасывания (p₀  p₁).