Теоретический рабочий цикл поршневого компрессора

Рассмотрим рабочий цикл идеального поршневого компрессора. Под идеальным будем подразумевать компрессор, отвечающий следующим требованиям:

1) на пути движения газа в таком компрессоре отсутствуют гидравлические сопротивления, вследствие чего температура в периоды всасывания и нагнетания постоянна, а на всасывающих и нагнетательных рабочих клапанах отсутствуют перепады давления;

2) давление и температура газа под поршнем в период всасывания и нагнетания не изменяются;

3) после окончания процесса нагнетания в компрессоре не остается газа;

4) в компрессоре отсутствуют утечки газа через рабочие клапаны, в зазоре между поршнем и цилиндром;

5) затраты мощности на механическое трение отсутствуют.

Графическое изображение цикла в компрессоре представлено на рис. 10.3.

Рассмотрим течение процесса компримирования газа, начиная с момента начала его сжатия, т.е. когда поршень компрессора занимает положение 2, соответствующее крайнему правому положению. В этот момент параметры газа, находящегося в цилиндре, были р ₁, v ₁, Т ₁, объем газа в цилиндре V ₁, а приемный клапан компрессора закрыт.

При движении поршня влево начинается процесс сжатия газа, т.е. процесс изменения параметров состояния.

Процесс нагнетания характеризуется линией сжатия 1–2, являющейся в общем случае политропой сжатия. В точке 2 заканчивается процесс сжатия газа, а его рабочие параметры будут p ₂, v ₂, Т ₂ и объем газа в цилиндре V ₂. В связи с тем, что давление p ₂ при отсутствии сопротивления нагнетательных клапанов равно давлению в трубопроводе после компрессора, момент окончания сжатия газа совпадает с моментом открытия нагнетательного клапана и началом процесса нагнетания.

Линия 2–3 характеризует процесс нагнетания, т.е. процесс выталкивания газа в напорный трубопровод, и называется линией нагнетания. В точке 3 поршень компрессора достигает крайнего левого положения. Скорость его в этой точке w_л=0, что приводит к закрытию нагнетательного клапана. С началом движения поршня вправо происходит снижение давления с р ₂ до p ₁ – давления в приемном трубопроводе, что характеризуется линией снижения давления 3–4.

В точке 4 давление под поршнем становится равным давлению в приемном трубопроводе. Этот момент совпадает с моментом открытия приемного клапана и началом процесса всасывания.

Линия 4–2, характеризующая процесс всасывания, т.е. процесс заполнения рабочего цилиндра газом, называется линией всасывания.

В точке 1 заканчивается процесс всасывания. Это совпадает c началом процесса сжатия 1–2, т.е. с началом нового цикла компрессора.