Для вычисления мощности компрессора воспользуе относительным изотермическим КПД [формула (10.23? откуда получим

Лиз 1м

Используя (10.15) и (13.4), получаем

PiQi In

113

(131

ЮООЛиз *]м 1000г) з

Для порщневых компрессоров различных констру Т1 = 0,80 ч- 0,93.

Изотермический КПД зависит от интенсивности охла дения компрессора и лежит в пределах т]из=0,65-0,85.

13.4. Мертвое пространство. Подача

Цилиндры компрессоров всегда выполняются с мертвым пространством; это необходимо во избежание ударй поршня о крышку при подходе его к крайнему положениШ

Объем мертвого пространства обычно оценивается щ долях или процентах рабочего объема цилиндра и называ? ется относительным объемом мертвого пространства: (

(is.ej

В современных одноступенчатых компрессорах при расположении клапанов в крышках цилиндров а = 0,025-0,060. При ступенчатом сжатии клапаны располагаются на боковой поверхности цилиндра и мертвое пространство в сту пенях высокого давления не удается выполнить малым qjf конструктивным соображениям: здесь а 0,2. V

Наличие мертвого пространства приводит к тому, чМ всасывание начинается не в начале обратного хода по ня, а в конце процесса расширения (точка 4 на рис. 13 Следовательно, объем Квс, фактически всасываемый пор1 нем, меньше рабочего объема цилиндра.

Отношение всасываемого объема к рабочему объем; цилиндра называют объемным коэффициентом компрессора:

K=-VJV. (13.7)

Объемный коэффициент характеризует использован рабочего объема цилиндра.

что ьему

По уравнению политропы для начала и конца процесса расширения имеем

Но по выражению (13.6) V =aVp. Следовательно,

где е - степень повышения давления.

Рис. 13.2. Индикаторная диа- Рис. 13.3. Влияние степени по-грамма компрессора с мерт- вышения давления е на пода-вым пространством чу компрессора

Из диаграммы на рис. 13.2 следует

V c = Vv + - Vpacm = Vp -f flVp - cFp г y; поэтому

1 -a{e/ p- 1).

Объем всасывания

V o = oVp=[l-o{6N-l)]Fp.

(13.8)

(13.9) 351

Однако действительный объем газа, подаваемого комп сором, при условиях перед всасывающим патрубком ком? прессора будет меньще определяемого по выражению (13.9). Это объясняется двумя причинами: по-первых, нагревом газа при всасывании от горячих поверхностей кла-пана и стенок цилиндра и, во-вторых, неполной герметн * ностью цилиндра компрессора (утечками через клапан! сальника и между поршневыми кольцами и внутренней верхностью цилиндра).

Первое из указанных обстоятельств учитывается мическим коэффициентом Хт, второе - коэффициентом метичности Хг. Поэтому действительный объем, всасыв; мый компрессором,

Произведение

называют коэффициентом подачи. Следовательно,

(13.11)

однив

(13.1

Подача компрессора одностороннего действия цилиндром

Q,=.V,n = \l-a{s --\)]KKVn,

где п - число двойных ходов поршня в минуту.

Из уравнения (13.12) ясны факторы, определяю подачу компрессора. Основной величиной является pa6t чий объем цилиндра, равный произведению площади пор

ня на его ход: Vp= -DS.

Объем мертвого пространства влияет на подачу KOi. прессора отрицательно. Увеличивая относительную вели- чину мертвого пространства, можно добиться равенства a(ei p -1) =1, и подача по выражению (13.12) станет равной нулю. Это наглядно видно из диаграммы, представ-, ленной на рис. 13.2: при увеличении Ум ось ордцнат пер носится влево, политропа сжатия располагается боле полого и при некотором предельном значении У попадав в точку 3; подаваемый объем становится равным нулю. Пр этом линии сжатия и расширения совпадают; компрессора не всасывает и не подает. <

Увеличение степени повышения давления при заданном-V уменьшает подачу. Это ясно из формулы (13.12) и со

доставления диаграмм р, V, приведенных для разных зна- cniiii е на рис. 13.3.

Мертвое пространство влияет на подачу тем сильнее, чем выше степень повышения давления; поэтому относи-те.1ьное значение мертвого пространства выбирается тем меньше, чем больше степень повышения давления компрес-

°Для соврем.енных компрессоров = 0,74-0,9; >.т = 0,90ч-0.95, ?1г=0,95-0,98.

I3.S. Многоступенчатое сжатие

При сжатии газа температура его повышается. В табл. 13.1 приведены конечные температуры воздуха, сжимаемого при различных условиях в компрессоре с D = 0,7 м, от начальной температуры <i = 293 К. Так как компрессорные смазочные масла имеют температуру вспышки по Бренке-ну 493-533 К, то конечные температуры сжатия 493- 443 К, получаемые при е=8, являются опасными. Электрические разряды невысокого потенциала, возникающие в проточной части компрессоров, могут вызвать возгорание нагара и затем при достаточной концентрации масляных паров в воздухе взрыв компрессора.

Приведенные соображения ограничивают степень повышения давления в одном цилиндре компрессора.

В современных компрессорах с водяным охлаждением степени повышения давления в одном цилиндре выше 7 встречаются редко. В отечественных конструкциях большой подачи е4. Если степень повышения давления компрессора превышает 7, то процесс сжатия ведут в нескольких последовательно включенных полостях - ступенях давления. При переходе из одной ступени в другую газ охлаждают в промежуточных охладителях.

Таблица 13.1. Температура сжатия при адиабатном и политропном процессах

Конечная температура воздуха, К

, Количество ступеней, необходимое для достижения за данной степени повышения давления, принимают в пре делах:

До 6 6-30 30-100 100-150 Выше 150

1 2 4

6 и более

Увеличение количества ступеней усложняет конструкцию и увеличивает стоимость компрессора. Это обстоятельство обусловливает предел увеличения количества ступеней современных компрессоров.

Многоступенчатое сжатие с промежуточным охлаждением приближает рабочий процесс компрессора к изотермическому. Поэтому при заданной степени повышения давления компрессора применение ступенчатого сжатия обусловливает существенную экономию мощности приводного двигателя (см. § 10.4).

13.6. Мощность многоступенчатого компрессора

В многоступенчатых компрессорах с числом ступеней г при одинаковых работах отдельных ступеней изотермическая мощность компрессора определяется формулой

, = -MLln.

1000 р,

Мощность компрессора при указанном условии

z.

(13.13)

(13.14)

100Ст] зТ] p,

Если работа отдельных ступеней неодинакова, то мощность на валу компрессора определяется как сумма мощностей отдельных ступеней.

13.7. Конструктивные типы компрессоров

Многоступенчатые компрессоры выполняются в двух основных вариантах: с дифференциальными поршнями и несколькими ступенями сжатия в одном цилиндре; со ступенями сжатия в отдельных цилиндрах. Рассмотрим некоторые из них.

Двухступенчатый компрессор - с дифференциальным поршнем двустороннего действия. В компрессоре этого

типа (рис. 13.4) ступени сжатия разнесены по обе стороны дифференциального поршня. Способ работы наглядно изображается индикаторными диаграммами, построенны-мп совместно для обеих ступеней (рис. 13.5).

Если полагать, что компрессор всасывает воздух из атмосферы, то линия всасывания первой ступени будет лежать несколько ниже линии атмосферного давления. При движении поршня вправо происходит всасывание в первую

Zl 3

-Prpanpi

ЛДЛЛ/УУУУ\ЛЛ--4 Охдадитем газа

Рис. 13.4. Двухступенчатый компрессор прямоточного типа с дифференциальным поршнем

Охладитель

Рнс. 13.5. Теоретические индикаторные диаграммы двухступенчатого прямоточного компрессора с дифференциальным поршнем

ступень (линия 4-Г), сжатие и выталкивание во второй ступени (линии 3-2 и 2 -3 ).

Когда поршень начинает двигаться влево, в первой ступени происходит сжатие, а во второй - расширение газа. Последний процесс идет до тех пор, пока давление в цилиндре не достигнет р2 в точке 4 . В этот момент открывается всасывающий клапан второй ступени и поршень, двигаясь влево, будет всасывать газ из замкнутого пространства охладителя. При этом давление газа будет понижаться. Когда поршень займет положение, определяемое точкой 2, давление газа в охладителе понизится настолько, что откроется напорный клапан первой ступени и газ будет поступать из нее через охладитель во вторую ступень. Давление газа будет изменяться по линии 2-3.

В начале хода вправо в первой ступени происходит расширение газа по политропе 3-4.

Объемы цилиидров первой и второй ступеней неодинаковы, поэтому рассмотренные диаграммы имеют различные масштабы абсцисс.