Файл: Шемаханов, М. М. Основы термодинамики и кондиционирования рудничной атмосферы учебник.pdf

Хотя конструктивно и по принципу работы компрессоры этих двух групп различны, термодинамические основы процесса сжа­ тия воздуха или газа в них одинаковы.

Рассмотрим рабочий теоретический процесс идеального одно­ ступенчатого поршневого компрессора, который наиболее нагляден

ходит изменение количества вещества в цилиндре без изменения температуры, Площадь 1—2—3—4 представляет собой работу, за­ траченную на сжатие воздуха в компрессоре.

При анализе работы компрессора рассматривается три случая сжатия: 1—2 — изотерма; 1—2 — адиабата; 1—2 — политропы.

Рассмотрим эти случаи.

1. Изотермическое сжатие.

Работа компрессора при изотермическом сжатии выражается формулой

W = пл. 1 — 2 — 3 — 4 = пл. О — 3 — 2 — 2' + пл. 2Г — 2 — 1 — Г —

t . e. р а б о т а к о м п р е с с о р а р а в н а р а б о т е и з о т е р м и ч е с к о г о п р о ц е с с а

с ж а т и я .

Количество тепла, отводимого от воздуха компрессора, экви­ валентно работе

Q = AW.

56

Теоретическая мощность компрессора определяется по формуле

2. Адиабатное сжатие.

Работа компрессора при адиабатном сжатии выражается фор­ мулой

Работа компрессора при адиабатном сжатии в k раз больше ра­ боты адиабатного процесса сжатия. Так как для воздуха & = 1,4, ■то работа компрессора на 40% больше работы, затраченной при адиабатном процессе сжатия, т. е.

Таким образом, работа, затраченная на сжатие единицы коли­ чества воздуха при адиабатном сжатии, равна разности энтальпий донца и начала процесса адиабатного сжатия. Соотношения для определения теоретической мощности, полученные для изотерми­ ческого процесса сжатия, применимы и для этого случая.

57

3. Политропное сжатие.

Для политропного сжатия аналогично адиабатному имеем

Работа компрессора при политропном сжатии в п раз больше работы политропного процесса сжатия, т. е.

пл. 1 — 2 ■— 3 — 4

П = ----------------------- ■.

пл. 2' — 2 — 1 —V

Эта формула является методом определения показателя п поли­ тропы сжатия. Количество отводимого тепла от воздуха в процес­ се политропного сжатия определяем по формуле

=0,17 ккал/(кгс-°С)];

Т1 — температура воздуха до сжатия, К;

Т2 ■— температура воздуха после сжатия, К.

Необходимый расход воды для охлаждения воздуха в процессе

58

На рис. 43 показана сравнительная диаграмма р—v различных случаев сжатия воздуха в идеальном компрессоре. Из диаграммы видно, что наименьшая затрата работы будет при изотермическом процессе сжатия.

На рис. 44 эти процессы показаны в диаграмме Т—s.

Диаграмма одноступенчатого компрессора с учетом влияния вредного пространства

На рис. 45 показана теоретическая диаграмма р—v поршне­ вого компрессора с учетом наличия вредного пространства. На диаграмме обозначено: Но — объем вредного пространства; Пр­ обьем, описываемый поршнем при его ходе.

заключена между поршнем в его мертвом положении и крышкой цилиндра, включая объем каналов, подводящих и отводящих воз­ дух (ограничиваемых клапанами). Из-за наличия вредного про­ странства VQ часть воздуха после окончания выталкивания сжатого воздуха остается в цилиндре. При обратном ходе поршня засасывание нового количества воздуха в цилиндр начнется лишь тогда, когда воздух, находящийся во вредном пространстве, рас­ ширится (кривая 3—4) и его давление понизится до давления всасываемого воздуха. Как видно из диаграммы, расширение воз­ духа, оставшегося во вредном пространстве, влияет на количество подаваемого воздуха V, которое будет меньше, если бы вредного

пространства не было (Ko+Vft).

Таким образом, производительность компрессора при наличии вредного пространства будет меньше, что оценивается объемным к. п. д.

(73)

59

С увеличением давления нагнетаемого воздуха производитель­ ность одноступенчатого компрессора при наличии вредного прост­ ранства будет снижаться. Если повысить давление p2k настолько, чтобы в конце сжатия воздух имел объем Vo, то производитель­ ность компрессора будет равна нулю (рис. 46).

Вэтом случае кривая, показывающая процесс сжатия, нало­ жится на линию расширения воздуха, оставшегося во вредном пространстве, и поступление внешнего воздуха в цилиндр компрес­ сора прекратится.

Вкомпрессоре будет последовательно сжиматься и расширяться одно и то же количество газа, т. е. Яо= 0. Кроме того, с увеличе­ нием конечного давления сжатия р2, несмотря на охлаждение

цилиндра, будет повышаться и температура сжатого воздуха, так как

П—1

П

Температура при получении воздуха высокого давления повы­ шается настолько, что может произойти взрыв масла, подавае­ мого для смазки цилиндра и поршневых колец компрессора. По­ этому одноцилиндровый компрессор совершенно непригоден для получения воздуха высокого давления и применяется для сжатия не выше 5—6 кгс/см2. Шахтные компрессоры при давлении сжа­ того воздуха 7—8 кгс/см2 имеют двухступенчатое сжатие.

Теоретическая диаграмма двухступенчатого компрессора

На рис. 47 показана схема идеального компрессора двухсту­ пенчатого сжатия (без вредного пространства). Между первой и второй ступенью сжатия устанавливается промежуточный холо­ дильник. Воздух в первом цилиндре (ступени) сжимается до дав­ ления, равного лишь некоторой части требуемого конечного давле­ ния, т. е. до р2 , и выталкивается в промежуточный холодильник, в котором охлаждается по возможности до начальной температуры. Из холодильника охлажденный воздух засасывается во второй цилиндр (ступень), в котором происходит сжатие до конечного давления рг. Температура в конце сжатия во втором цилиндре не поднимается выше температуры в первом цилиндре. Если компрес­ сор многоступенчатый, то процесс сжатия до давления, составляю­ щего лишь часть конечного давления, повторяется последователь­ но в каждом цилиндре.

На рис. 48 показана теоретическая диаграмма р—v двухсту­ пенчатого сжатия. На диаграмме: 1—2' — сжатие в цилиндре низ­ кого давления (/); 2'—2” — уменьшение объема воздуха при ох­ лаждении его в промежуточном холодильнике: 2"—2 — сжатие в цилиндре высокого давления (II).

60