Файл: Семидуберский, М. С. Насосы, компрессоры, вентиляторы учебник.pdf

поршня воздух сначала сжимается, а уже затем выталкивается поршнем через нагнетательный клапан.

Одноступенчатый компрессор простого действия имеет откры­ тый с одного конца цилиндр 4, в котором движется поршень 3,

При движении поршня влево воздух, находящийся в цилиндре, сжимается до тех пор, пока давление в цилиндре не достигнет величины, достаточной для преодоления сопротивления специаль­ но отрегулированной пружины нагнетательного клапана. По до­

трубопровод. Заметим, что сжатый воздух, выталкиваемый порш­ нем из цилиндра, преодолевает, кроме жесткости пружины, и дав­ ление воздуха в нагнетательном трубопроводе.

Совокупность описанных выше процессов называется циклом работы компрессора. Полный цикл работы компрессора npocforo действия происходит, таким образом, за два хода поршня (впе­ ред и обратно), т. е. за один оборот приводного вала.

§62. Классификация поршневых компрессоров

Взависимости от способа действия, числа' ступеней и т. п. поршневые компрессоры классифицируются следующим образом:

а) по способу действия — простого и двойного;

б) по расположению оси цилиндра— горизонтальные, верти­ кальные, производительностью не более 40 м3/мин; угловые; со звездным расположением цилиндров, применяются при небольших производительностях в передвижных установках;

132

2500-ІО5 Н/м2);

е) по способу охлаждения — с воздушным охлаждением — мел­ кие по габаритным размерам; с водяным охлаждением—-водя­ ная рубашка и наружное охлаждение в промежуточных холодиль­ никах для многоступенчатых компрессоров;,

ж) по частоте вращения — тихоходные (не выше 200 об/мин); средней быстроходности (от 200-^250 об/мин); быстроходные

(450-г-1000 об/мин);

з) по роду сжимаемого газа — воздушные, кислородные, ам­ миачные и т. п.;

и) по установке — стационарные, передвижные.

АНАЛИЗ РАБОТЫ ПОРШНЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ

§ 63. Теоретический процесс сжатия

Сжатие воздуха в компрессоре представляет довольно слож­ ный процесс. Чтобы облегчить его изучение, вводится понятие тео­ ретического рабочего процесса, после которого рассматривается более сложный действительный рабочий процесс.

Теоретическим процесс называется потому, что при его изуче­ нии не учитывается целый ряд факторов, имеющих место в дейст­ вительном рабочем цикле компрессора. В частности, не прини­ мается во внимание трение поршня, а также механические и гид­ равлические сопротивления клапанов при всасывании и нагнета­ нии. Считается, что нагнетание происходит при постоянном дав­ лении в резервуаре (воздухосборнике), куда нагнетается воздух, а давление и температура воздуха, всасываемого в цилиндр, не изменяются. Кроме того, принимается, что процесс сжатия воздуха происходит без отвода тепла, т. е. охлаждения, и что в конце сжа­ тия в цилиндре не остается воздуха.

Теоретический рабочий процесс рассмотрим на примере работы компрессора двойного действия (рис. 109). При ходе поршня впра­ во через клапан гп\ воздух всасывается в левую полость цилинд­ ра; давление в цилиндре на протяжении всего хода поршня посто­ янное и равно атмосферному. Поэтому линия 1—2 на диаграм­ ме параллельна оси абсцисс и называется линией всасывания. При обратном ходе поршня левый всасывающий клапан т.\ закры­ вается, и воздух в цилиндре сжимается. Линия 2—3 называется линией сжатия. Давление увеличивается вследствие уменьшения объема воздуха, так как левый нагнетательный клапан п\ еще закрыт. Когда давление сжатия достигнет р% (положение поршня

133

см. на рис. 109), нагнетательный клапан пі открывается, и сжатый воздух при этом же давлении р2 выталкивается из цилиндра. Ли­ ния 3—4 называется линией нагнетания. По окончании нагнета­ ния, если считать, что в цилиндре не остается воздуха, снова на­ чинается всасывание.

Подобным образом получается диаграмма и для правой поло­ сти цилиндра, но она обратная, т. е. является зеркальным изо­ бражением диаграммы на рис. 109.

Положения поршня в точках I й 2 на дййграммб называются мертвыми, так как в этих местах скорость поршня равна нулю и, следовательно, компрессор не всасывает и не нагнетает. Пло­ щадь диаграммы 1—2—3—4 (индикаторной) в некотором масшта­ бе выражает работу одного цикла, затрачиваемую на всасывание,, сжатие и нагнетание воздуха. Чем меньше площадь индикаторной диаграммы при одинаковой степени повышения давления, тем меньшая работа расходуется на приведение в действие компрес­ сора, и тем экономичнее он работает.

При адиабатном процессе сжатия воздуха (рис. НО), когда к сжимаемому воздуху не подводится и от него не отводится теп­ ло, работа, затрачиваемая на сжатие, будет пропорциональна площади диаграммы 1—2—3—5. Если сжатие ведется по изотер­ ме, т. е. при постоянной температуре, равной начальной темпера­ туре воздуха (с полным охлаждением), то процесс сжатия изо­ бражается кривой 2—4, а работа характеризуется площадью диаг­ раммы 1—2—4—5. Процесс сжатия по изотерме, как видно па величине площади диаграммы, экономичнее. Однако практически изотермическое сжатие невозможно даже при сильном охлаждении цилиндра.

134

При охлаждении цилиндра сжатие происходит по промежуточ­ ному (политропному) процессу. На диаграмме этот процесс ха­ рактеризуется кривой 2—3', называемой политропой. Чем выше конечное давление р2 сжатия, тем больше отклоняется политропа от изотермы. В зависимости от эффективности охлаждения пока­ затель политропы п=1,2-:-1,3. В воздуходувках, где водяное ох­

диаграммы 1—2—3'—5. Заштрихованная на диаграмме площадь соответствует потерям работы из-за отклонения адиабатного про­ цесса от изотермного.

Таким образом, для экономичной работы компрессора необ­ ходимо стремиться к максимальному отводу тепла от компрессора, чтобы процесс сжатия по возможности приближался к изотерми­ ческому.

§ 64. Действительный процесс сжатия в компрессоре

Учесть все факторы, влияющие на рабочий процесс в поршне­ вом компрессоре, очень трудно. Поэтому при изучении действи­ тельного рабочего процесса в компрессоре принимаются во вни­ мание лишь основные факторы, в частности, влияние вредного

уменьшает производительность ком­ прессора, так как сжатый воздух, оставшийся к концу нагнетания,

при .всасывающем ходе поршня расширяется (линия 4—1), а по­ этому всасывание начинается лишь тогда, когда давление воздуха во вредном пространстве снизится до р\. Таким образом, количество

объем воздуха, подаваемый компрессором в воздухосборник, бу­ дет меньше объема, описываемого поршнем.

135

Отношение засасываемого объема воздуха ѵ' к максимально­ му объему v h между поршнем и крышкой цилиндра называется

объемным коэффициентом полезного действия компрессора:

Ѣ= ^' / Ч -

Величина т]о зависит от ѵ0 и от отношения начального и конечного давлений.

Однако, благодаря вредному пространству, в начале всасыва­ ния вследствие расширения сжатого воздуха давление на всасыва­ ющие клапаны действует постепенно, и они плавно поднимаются. Что касается энергии, затраченной на сжатие воздуха, оставшего­ ся во вредном пространстве, то она возвращается поршню при расширении воздуха во время его всасывающего хода. Под влия­ нием вредного пространства производительность компрессора уменьшается, но одновременно уменьшается и энергия, затрачен­ ная на приведение в действие компрессора (уменьшается площадь индикаторной диаграммы).

В процессе всасывания возникают сопротивления в результате

характеризует уменьшение пол&зного хода поршня, в результате чего снижается производительность компрессора.

В начале всасывания давление в цилиндре должно быть мень­ ше давления р { всасываемого воздуха, чтобы атмосферное давле­ ние могло преодолеть механическое, инерционное и гидравличе­ ское сопротивления, оказываемые всасывающим клапаном. Пло­ щадь поверхности пластины нагнетательного клапана со стороны цилиндра меньше, чем со стороны нагнетательной трубы, на вели­ чину опорной поверхности клапана (площади соприкосновения клапана и седла). Поэтому, чтобы открыть нагнетательный кла­ пан, необходимо создать давление в цилиндре большее, чем дав­ ление в нагнетательной магистрали, когда клапан открыт (рис. 113, точка С). Кроме того, сопротивление при нагнетании вызывается-

136