Файл: Термодинамические основы теории тепловых машин учеб. пособие.pdf

тые компрессоры для получения газ^ высокого давления. Обычно одноступенчатые поршневые компрессоры применяются для сжатия газа до давлений не более ІО3 кН/м2.

В идеальном компрессоре объем Ѵд вредного пространства принимается равным нулю. Индикаторная диаграмма такого ком­ прессора показана на рис. 65, а. На этой диаграмме линии 1—2',

Рис. 65

1—2 и 1—2" соответствуют различным возможным термодинамиче­ ским процессам сжатия, линия 2—3 — процессу выталкивания сжа­ того газа, линия 4— 1 — процессу всасывания. При Ид = 0 после окончания выталкивания сжатого газа давление в цилиндре сразу

чина 1\-2 — I pdv. Эта работа отрицательна; на индикаторной

Т'і

диаграмме она изображается площадью фигуры под линией 1—2 процесса сжатия (наклонная штриховка).

7>ч

Работа выталкивания /2-3 = | pdv = — р2ѵ2 так же отря­

да3 цательна. Величина этой работы на индикаторной диаграмме соот­

ветствует площади прямоугольника под линией процесса 2—3 (го­ ризонтальная штриховка).

V,

Работа, совершаемая газом в процессе всасывания U- j"pdv==

V і

—■P\Vii на индикаторной диаграмме она изображается площадью прямоугольника под линией 'процесса 4— 1 (вертикальная штри­ ховка).

hi

Произведение vdp в координатах p—v изображается площад­ кой и определяет элементарную техническую работу. Удельная ра­ бота компрессора Ік на индикаторной диаграмме изображается

площадью фигуры 1—2—3—4—1.

Величина удельной работы зависит от характера процесса сжа­

как сжатый газ, заключенный во вредном пространстве цилиндра и расширяющийся в процессе 3—4 от р2 до р\, совершает такую же работу, какая была затрачена на сжатие этого количества газа в процессе 1—2.

Удельное количество тепла, отводимого от сжимаемого газа,

г,

162

Выигрыш в удельной работе компрессора за счет промежуточно­ го охлаждения воздуха между ступенями соответствует площади

фигуры 2]—12 — 22—2—2Х.

Рис. 67

164

Удельное количество тепла, отводимого от воздуха в холодиль­ нике, на рис. 67, б изображено площадью фигуры g—2Х—12—е—g и может быть вычислено по формуле

г,

7'i

Наименьшая затрата мощности на привод многоступенчатого компрессора достигается при условии, что степени повышения дав­ ления в отдельных ступенях, а следовательно, и удельные работы в каждой из ступеней будут одинаковы. Это значит, что при задан­ ных начальном рі и конечном р2 давлениях и принятом числе т ступеней компрессора степень повышения давления в г-той ступени

т

Очевидно, что если температуры газа на входе в каждую сту­ пень одинаковы и равны Ти то согласно уравнению (159) удель­ ные количества отводимого тепла для всех ступеней одинаковы;

•одинаковы будут и количества тепла, отводимые в холодильниках между ступенями.

Рабочие объемы цилиндров ступеней компрессора по мере уве- 4 личения давления газа уменьшаются.

Поскольку температура газа на входе для всех ступеней одина­

P^

В действительности полное охлаждение газа обеспечивается не всегда, так как это связано с рациональными размерами холодиль­ ника.

§ 8. ЦИКЛ ВОЗДУШНОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Холодильные установки применяют для охлаждения тел ниже температуры окружающей среды.

В соответствии со вторым законом термодинамики отнятая от охлажденного тела теплота может быть передана в окружающую среду только при затрате работы. Принципы действия холодиль­ ных установок различны. Идеальным циклом таких машин являет­ ся обратный цикл Карно.

На рис. 68 представлены схема воздушной холодильной установжи и диаграммы ее цикла в координатах р—ѵ и Т—S.

165

Кроме холодильной камеры 1, в которой помещается охлаждае­ мое тело, в установку входят теплообменник III, воздушные ком­ прессор II и двигатель IV. Принцип действия такой установки зза­ ключается в следующем.

Компрессор // засасывает из камеры 7 воздух с температурой' Т1, сжимает его по йдиабате 1—2 до температуры Г2 и выталкивает в теплообменник III. В теплообменнике воздух охлаждается про­ точной водой по изобаре 2—3 до температуры Т3. Охлажденный воз-' дух поступает в двигатель IV, где он адиабатически расширяется, до начального давления и температуры Ті и совершает работу.

166

При обратном ходе поршня двигателя холодный воздух вытал­ кивается в холодильную камеру, в которой он при постоянном дав­ лении нагревается от охлаждаемого тела до температуры 7V Отри­ цательная работа / к компрессора на рис. 68,6 изображена площа­

дью фигуры а—1—•2—в—а, положительная работа / д двигателя— площадью фигуры Ь—3—4—а—Ь.

Работа Iцикл , затрачиваемая на охлаждение тела, равна разно­ сти работ / к и /д и соответствует площади фигуры 1—2—3—4—1.

Количество тепла q t, отводимого от воздуха в теплообменнике, на рис. 68,8 изображено площадью фигуры с—3—2—d—с; количе­ ство тепла q% отводимого от охлаждаемого тела, определяется пло­

довательно,

(164')

Таким образом, экономичность воздушного холодильного цикла повышается при уменьшении разности температур Т%и Т\ (или

иТ4).

Суменьшением температуры охлаждающей жидкости экономич­

ность холодильной установки повышается, так как при этом может

а затрачиваемая работа 1,1ИК. уменьшается. Поэтому в холодильной камере целесообразно поддерживать максимально допустимую температуру.

Если бы в холодильной камере нагревание воздуха осуществля­ лось при температуре Ті = Т хж, а его охлаждение в теплообмен­

167