Устройство и принцип действия поршневого компрессора

Поршневые компрессоры применяются для получе­ния высоких давлений при уме-

ренной производительно­сти.

Поршневой вертикальный компрессор одинарного действия с водяным охлаждении

ем представ­лен на рис. 144.

Рис. 144. Поршневой вертикальный компрессор

1 – коленчатый вал; 2 – цилиндр; 3 – водяная рубашка; 4 – нагнетательный клапан; 5 – регулятор давления; 6 – труба; 7 – отжимное устройство всасывающего клапа-

на; 8 – фильтр; 9 – всасывающий патрубок; 10 – клапан; 11 – патрубок охлаждаю-

щей воды; 12 – поршень; 13 - шатун

Воздух, очищенный от механических при­месей в фильтре 8, поступает по всасыва

ющему патруб­ку 9 через клапан 10 в цилиндр 2. Затем воздух сжимает­ся при движении поршня 12 вверх и через нагнетатель­ный клапан 4 проходит в клапанную коробку, а из нее - в воздухосборник. .

На верхней крышке клапанной коробки установлен регулятор давления 5, связан-

ный с трубой 6 и отжимным устройством 7 всасывающего клапана.

Когда давление в воздухосборнике превысит допустимое, сработает ре­гулятор 5. Воздух пойдет через трубу 6, откроет всасы­вающий клапан 10 и будет удерживать его в открытом положении при поступательном движении поршня.

Охлаждается сжатый воздух в воздухоохладителе, в водяную рубашку 3 которого по патрубку 11 поступает холодная вода.

За компрессором устанавливают воздухосборник, который служит для выравнива-

ния давления, а также для очистки воздуха от масла и влаги.

Поршень получает возвратно-поступательное движение от колен­чатого вала 1 и шатуна 13.

Для получения сжатого воздуха высокого давления применяются многоступенча

тые компрессоры, в которых процесс сжатия воздуха осуществляется при проходе его че-

рез ряд последовательно ус­тановленных цилиндров (от двух до четырех сту­пеней).

Принцип действия поршневого компрессора состоит в следующем.

Процесс сжатия воздуха или газа в цилиндре компрессора изображается диаграм-

мой, которая показы­вает, как изменяется давление в цилиндре в зависимости от движения поршня. Такие зависимости принято называть индикаторными диаграм­мами.

На рис. 145 показана индикаторная диаграмма поршневого ком­прессора.

Рис. 145. Индикаторная диаграмма поршневого компрессора:

I – изотерма; II – политропа; III - адиабата

Различают теоретические и действительные диаграммы.

Рассмотрим процесс сжатия воздуха по теоретической диаграмме, не учитывающей ряд действительных факторов, сопровождающих про­цесс сжатия на практике.

При движении поршня воздух поступает в цилиндр при давлении р , это характе-

ризуется прямой р - 2.

При движении поршня в обратном направлении закрывается всасывающий клапан и начинается сжатие воздуха.

Если процесс сжа­тии происходит без отвода тепла в окружающую среду - адиаба-

тический процесс, то процесс сжатия будет происходить по кривой III.

В случае сжатия воздуха при постоянной температуре (при интенсив­ном отводе тепла от сжимаемого воздуха) - изотермический процесс, процесс сжатия протекает по кривой 1. На практике производится лишь частичный отвод тепла и поэтому процесс является политропическим (кривая II).

При достижении давления в цилиндре р открывается нагнетательный клапан и воз

дух из цилиндра переходит в ресивер, служащий аккумулятором сжатого до давления р воздуха. ( прямая 3 - р ).

Пло­щадь диаграммы представляет собой теоретическую работу сжатия воздуха в течение цикла.

Действительная диаграмма значительно отличается от теоретиче­ской.

При нахождении в крайнем положении поршень не доходит до конца и между ним и крышкой остается вредное (мертвое) пространст­во объемом V , в котором находится сжатый воздух с давлением р .

Поэтому на участке 4 – 1 при перемещении поршня происходит расши­рение остав

шегося во вредном пространстве воздуха, давление кото­рого уменьшается от значения р до р .

В точке 1' открывается вса­сывающий клапан и до точки 2 происходит всасывание при давлении, несколько меньшем р из-за потерь при прохождении воздуха через всасы-

вающий клапан.

При обратном движении поршня с точки 2 начинается сжатие воздуха по кривой II, так как только часть выделив­шейся теплоты при сжатии воздуха отводится в систему охлаждения компрессора (политропический процесс).

Выталкивание сжатого воз­духа из цилиндра в ресивер происходит при давлении, несколько боль­шем р (кривая 3 - 4), что обусловлено сопротивлением движению воз­духа через нагнетательный клапан.

Площадь действительной индикаторной диаграммы (заштрихован­ная площадь) бу-

дет меньше теоретической. Эта площадь характеризу­ет работу А , совершаемую компрес

сором за цикл.

Среднее давление за цикл может быть определено по выражению

р = = , ( 2.19 )

где V = V - V - объем воздуха, всасываемого за цикл при давлении р .

Средняя подача компрессора ( м / с )

Q = F S ω η , ( 2.20 )

где z – коэффициент кратности действия ( z = 1, 2, 3 … );

F - площадь поршня, м ;

S – ход поршня, м;

ω – угловая скорость электродвигателя, рад / с;

η - объемный КПД компрессора.

На рис. 146 а, б показано изменение подачи для компрессора простого и двойного

действия.

Рис. 146. Изменение подачи поршневого компрессора: а – простого действия; б – двойного действия

Компрессоры простого действия характе­ризуются большой неравномерностью хо-

да. Для выравнивания гра­фика нагрузки на вал таких компрессоров обычно устанавливает

ся маховик.

Мощность одноступенчатого компрессора ( кВт )

Р = , ( 2.21 )

где А - работа, Дж;

Q - cредняя подача компрессора, м / с;

V - объем воздуха, всасываемого за цикл при давлении р , м ;

η - КПД компрессора.

Для z- ступенчатого компрессора индикаторная диаграмма оказы­вается составлен-

ной из z частей, соответствующих всем ступеням

Для компрeccopa двойного действия мощность, полученная по вы­ражению для од-

ноступенчатого компрессора ( см. выше ), удваивается.

На судах основное применение нашли поршневые компрессоры.