Поршневые компрессоры Исполнитель

ПОРШНЕВЫЕ КОМПРЕССОРЫ

1. Принцип работы и классификация поршневых компрессоров

 В поршневом компрессоре поршень совершает возвратно-поступательное движение. При движении поршня, сверху вниз воздух поступает в цилиндр  через, всасывающий клапан.

{spoiler=Продолжать Читать}

При движении поршня снизу вверх воздух сначала сжимается от  начального  давления р₁ до конечного давлению в нагнетательном патрубке р₂, равного в нагнетательном патрубке, после чего  открывается нагнетательный клапан и сжатый воздух поступает в нагнетательный трубопровод. Таким образом, рабочий цикл поршневого компрессора совершается за два хода поршня или за один оборот вала компрессора. Величина  конечного давления определяется давлением воздуха в нагнетательном патрубке компрессора.

 Поршневые  компрессоры классифицируются:

По числу ступеней сжатия: на одноступенчатые и многоступенчатые;

По производительности: на компрессоры малой (до  10м³ /мин), средней  (до  10 – 30 м³ /мин) и большой (свыше   30 м³ /мин), производительности:

По величине конечного давления: на компрессоры низкого (до р_абс = 10 ат), среднего  (до р_абс = 10 ¸ 100 ат) и высокого (до р_абс>100 ат)  давления:

По способу  действия или числу рабочих сторон поршня: на компрессоры простого и двойного действия:

 По числу цилиндров: на одноцилиндровые и многоцилиндровые; по расположению цилиндров: на горизонтальные, вертикальные и наклонные:

По способу охлаждения : на компрессоры с водяным и воздушным охлаждением:

По назначению : на воздушные, аммиачные, кислородные и т.п.:

По быстроходности: на тихоходные (n<200 об/мин), средней быстроходности  (n=200-500 об/мин) и быстроходные (n=500-1000 об/мин)..

1. Теоретический рабочий процесс одноступенчатого

 поршневого компрессора

При изучении теоретического рабочего процесса одноступенчатого  поршневого компрессора вводятся следующие условия:

Отсутствие вредного пространства, т.е. весь сжатый воздух полностью выталкивается из цилиндра:

Температура и давление воздуха в цилиндре во время всасывания и нагнетания должны быть постоянными:

Отсутствие потерь давления  в клапанах  и потерь энергии вследствие  механического трения :

Отсутствие утечек воздуха через не плотности:

Воздух не должен содержать водяных паров.

Работа, совершаемая поршнем внутри цилиндра при  осуществлении теоретического  цикла, выражается площадью 1-2-3-4 индикаторной диаграммы  и равна  сумме работ всасывания, сжатия и выталкивания.

L_I= L_ВС + L_сж+ L_выт

работу_, совершаемуюпоршнемприсжатиии выталкивании воздуха, принято считать положительной, а совершаемую воздухом при всасывании – отрицательной.

Работа всасывания определяется площадью прямоугольника 0-6-1-4- на диаграмме и равна

L_вс=- р₁ V₁

2. Действительныйрабочийпроцессодноступенчатого

поршневогокомпрессора

Действительный рабочий процесс поршневого компрессора  существенно отличается от рассмотренного выше теоретического. Это объясняется наличием вредного  пространства в цилиндре, понижением давления воздуха в цилиндре, понижением давления воздуха в цилиндре при всасывании, повышением давления при выталкивании воздуха из цилиндра, повышением температуры при всасывании, влиянием влажности воздуха и утечками  его через  неплотности в клапанах, сальниках и между поршнем и сенками цилиндра.

 Вредное пространство  представляет собой объем, заключенный между крышкой цилиндра и поршнем при его крайнем положении у этой крышки, включая также объем каналов, соединяющих клапаны с цилиндром.

Это отношение называется  оъемнымкоэффицинтом  компрессора. Величина его определяется из индикаторной диаграммы и  составляет обычно 

l₀= 0,85 ¸ 0,95.

Отношение  объема вредного пространства V_м к объему, описываемому поршнем V_п, называется относительным вредным пространством

m= V_M/V_п

обычно m= 0,03 ¸ 0,06 и редко больше.

Понижение довления воздуха в цилиндре во время всасываниея происходит вследствие следующих сопротивлений, испытываемых  воздухом на пути движения в цилиндр: сопротивления фильтра, сопротивления всасывающего трубопровода, сопротивления клапана, включая сопротивление, обусловленное инерцией клапана в момент открывания и вызывающее кратковременное понижение давления воздуха в начале всасывания.

По этой причине объем всасываемого в цилиндр воздуха V’_1,  приведенный к атмосферному давлению р₀, будет еще меньше, так как при сжатии воздуха сначала необходимо довести его давление до атмосферного р₀. Из диаграммы , приведенной , видно, что часть объема цилиндра V₁ – V^’₁ остается неиспользованной.

Понижение давления при всасывании воздуха увеличивает индикаторную работу на величину, эквивалентную заштрихованной площадке на диаграмме под линией  атмосферного давления.

Повышение давления воздуха в цилиндре при выталкивании происходит вследствие сопротивлений при прохождении воздуха через нагнетательный клапан., трубопроводов, соединяющий компрессор с  воздухосборником, и инерционного  сопротивления клапана и воздуха в указанном трубопроводе.

При повышении температуры всасываемого воздуха увеличивается удельная работа теоретического цикла компрессора, что видно из уравнения, в которого, заменяя  р₁V₁ на RT₁, получим

Влажность засасываемого воздуха также отражается на производительности компрессора, так как водяные пары конденсируются при охлаждении воздуха в воздухосборнике и трубопроводе. При этом все сухого воздуха, засасываемого в цилиндр, становится меньше. Это уменьшение производительности компрессора учитывается коэффициентом l₃< 1.

Таким образом, действительная производительность компрессора вследствие влияния нароботу всех перечисленных  факторов будет меньше теоретической. Отношение объема действительно подаваемого компрессором воздуха V’₂  приведенного к условиям всасывания, к объему, описываемому поршнем за один ход, называется коэффициентом подачи компрессора

Коэффициент подачи l при нормальном состоянии компрессора равен

l = 0,75-0,85.

Двухступенчатое и многоступенчатое

         Существуют два предела степени повышения давления воздуха в одной ступени. Первый предел обусловлен влиянием вредного пространства на производительность компрессора. С увеличением степени повышения давления объемный коэффициент и, следовательно, производительность компрессора уменьшаются. Очевидно, может быть такая предельная  степень повышения давления, при которой воздух, расширяясь из вредного пространства, заполнит весь цилиндр и всасывание его из атмосферы  прекратится. Положив   l₀ =  0, из уравнения получим

Откуда

Если принять максимальное значение m=0,06, а для n минимальное значение n =1, то получим

Отсюда следует, что этот предел степени повышения давления достаточно высок даже при крайних значениях m и n и не может  служить причиной перехода в двухступенчатому сжатию при давлениях воздуха 6-8 ama, применяемого в горной промышленности.

Второй предел степени повышения давления обусловлен допустимой температурой воздуха в цилиндре. Для уменьшения трения и износа цилиндра последний смазывается маслом, которое при  высокой температуре в цилиндре пригорает, испаряется и разлагается. Пары масла, летучие вещества и в первую очередь метан, выделяющийся из масла, смешиваясь с воздухом, образуют горючую смесь, которая при соответствующих условиях может взрываться в цилиндре, воздухосборнике и в нагнетательном трубопроводе. Рассмотрим теоретический процесс сжатия воздуха  в двухступенчатом компрессоре: при этом будем считать, что охлаждение воздуха в охладителе производится до первоначальной температуры, и давление воздуха в охладителе остается постоянным.

Диаграмма рабочего процесса второй ступени будет 8-5-6-3. Вследствие охлаждения объем V_xзасасываемоо воздуха из охладителя в цилиндр второй ступени будет меньше объема воздуха, выталкиваемого в охладитель. Положение точки 5 определяется пересечением изотермы 1-9, проведенной из точки 1, линией выталкивания воздуха из первой ступени 8-7. Как видно из диаграммы, при двухступенчатом сжатии затрачиваемая работа меньше на величину, эквивалентную площади 5-7-2-6.

Равенство степеней  повышения  давления  в ступенях сжатия сохраняется  вслучае работы  двухступенчатого компрессора при  паспортном конечном давлении. Если компрессор будет работать при конечном давлении меньше паспортного, равенство степеней повышения давления в ступенях нарушается. При этом уменьшается степень повышения давления во второй ступени, тогда как в первой ступени она почти не уменьшается.

{/spoilers}