ТДЭФФ-2
СЖАТИЕ ГАЗОВ. КОМПРЕССОРЫ
Компрессор – машина, предназначенная для сжатия различных газов.
Все компрессоры в зависимости от конструктивного оформления и принципа работы делятся на две группы:
1) Поршневые;
2) Турбинные (центробежные).
Несмотря на различие принципов сжатия газа в этих двух группах компрессоров и их конструктивные отличия, термодинамика процессов сжатия в них одинакова.
Процессы в этих компрессорах описываются одними и теми же уравнениями.
Поэтому рассмотрим работу наиболее простого одноступенчатого поршневого компрессора.
 |
Рис. 2.1 одноступенчатый поршневой компрессор
1 – цилиндр с пустотелыми стенками, в которых циркулирует охлаждающая вода;
2 – поршень, связанный кривошипно-шатунным механизмом с электродвигателем;
3 – всасывающий клапан;
4 – нагнетательный клапан.
Клапаны 3 и 4 оккрываются автоматически под действием изменения давления в цилиндре.
Рабочий процесс компрессора совершается за один оборот вала или два хода поршня.
При ходе поршня вправо (см. рис.1.1) открывается всасывающий клапан 3 и в цилиндр поступает рабочее тело (газ).
При обратном движении поршня всасывающий клапан закрывается, происходит сжатие газа до заданного давления и нагнетание его в резервуар. Величина конечного давления определяется пружиной, установленной на нагнетательном клапане.
Основной целью термодинамического расчета компрессора (определения его термодинамической эффективности) является определение затрачиваемой работы на получение 1 кг сжатого газа – и затем определение мощности приводного двигателя.
Приняты следующие допущения:
|
|
¾ Геометрический объем цилиндра равен рабочему объему (отсутствует вредное пространство);
¾ Отсутсутствуют потери работы на трение поршня о стенки цилиндра и дросселирование в клапанах;
¾ Всасывание газа в цилиндр и его нагнетание в резервуар осуществляется при постоянном давлении.
Рис. 2.2 Теоретическая индикаторная диаграмма процесса получения сжатого газа в компрессоре
Линия 0-1 – открывается всасывающий клапан и происходит наполнение газом цилиндра при постоянном давлении P1 – линия всасывания.
При обратном движении поршня всасывающий клапан 3 закрывается, происходит сжатие газа.
Кривая 1-2 – процесс сжатия.
По достижении заданного давления весь сжатый газ выталкивается из цилиндра в резервуар при постоянном давлении P2 через открывшийся нагнетательный клапан 4. Линия 2-3 – линия нагнетания
В начале следующего хода поршня нагнетательный клапан 4 закрывается, давление в цилиндре теоретически от P2 мгновенно падает до P1, открывается всасывающий клапан и повторяется рабочий процесс сжатия газа.
Линии 0-1 и 2-3 не являются термодинамическими процессами, т.к. состояние рабочего тела в них остается неизменным – меняется только его количество.
Затраченная работа на получение 1 кг сжатого газа (без учета трения) при условии, что все процессы обратимы и приращение кинетической энергии газа отсутствует:
(2.1)
- работа, производимая внешней средой при заполнении цилиндра газом;
- работа, затраченная на выталкивание газа;
– работа сжатия газа.
Т.к. 
, то
(2.2)
При учете трения работа, затрачиваемая на привод компрессора (действительная), будет больше теоретической работы на величину работы против сил трения 
:
|
|
(2.3)
В этом случае площадь между линией сжатия и осью ординат представляет только часть затрачиваемой работы.
Если в процессе сжатия осуществляется отвод теплоты 
от сжимаемого газа (системой охлаждения), то, согласно I з-ну термодинамики:
(2.4)
В зависимости от условий теплообмена между рабочим телом и стенками цилиндра процесс сжатия газа в компрессоре может осуществляться:
По изотерме 1-2;
По адиабате 1-2′;
По политропе 1-2′′.
Сжатие по изотерме 1-2 дает наименьшую пл.01230 и наименьшую затрату работы. Вся энергия, подводимая в форме работы, отводится от газа в форме теплоты.
Сжатие по адиабате 1-2′ дает наибольшую пл.01230 и наибольшую затрату работы. Вся энергия, подводимая в форме работы, идет на изменение энтальпии газа.
Сжатие по политропе 1-2 (пл.012′′30) дает промежуточную величину затраты работы.
Чтобы уменьшить работу сжатия, необходимо процесс сжатия приблизить к изотермному процессу, для этого отводится теплота от сжимаемого газа путем охлаждения наружной поверхности цилиндра, что позволяет осуществить сжатие по политропе с n = 1,18÷1,2 (для изотермного сжатия n = 1).