2015-01-21
3177
Компрессоры предназначаются для сжатия газообразных рабочих тел. На осуществление обратного цикла, по схеме которого работают компрессоры, расходуется механическая работа.
Одноступенчатый компрессор
Давление р 3= р 2 и температура Т 3= Т 1.
Процесс сжатия в компрессоре в p-v и T-s координатах имеет вид:
где А-1 – линия всасывания; 1-2 – процесс сжатия газа; 2-В – линия нагнетания сжатого газа в баллон; (- L) – работа, затрачиваемая на привод компрессора.
На диаграмме T-s работа, затрачиваемая на привод компрессора равна площади F23EF.
Линия А-1 и 2-В не изображают термодинамические процессы в координатах р [Па]- V [м3], так как количество рабочего тела на них переменно. При этом удельные параметры состояния газа (p, v, T) практически не изменяются. Основной характеристикой компрессора является степень повышения давления П= р 2/ р 1. Для одноступенчатого компрессора П=8-12. Величина П= р 2/ р 1 для одноступенчатого компрессора ограничивается максимальной температурой в конце процесса сжатия Т 2max 
(3000C) из-за опасности возгорания масла и наличием вредного (мертвого) пространства между поршнем компрессора и днищем цилиндра из-за размещения в нем клапанов (всасывающего и нагнетательного), что учитывается объемным кпд компрессора 
, где V – фактический объем всасываемого газа. Для реальных компрессоров 
(всегда). Влияние вредного пространства на степень повышения давления в одноступенчатом компрессоре проиллюстрируем следующим рисунком:
где процесс В1-А1 – это процесс расширения газа, оставшегося во вредном пространстве; т.А1 – фактическое начало всасывания газа. С ростом давления р 2 объемный кпд компрессора 
уменьшается и при 
фактический объем всасываемого газа равен нулю (
) и 
.
При расчете работы на привод компрессора принимается, что процесс сжатия газа – равновесный, вредное пространство отсутствует и потерями давления на всасывание и нагнетание газа можно пренебречь. Тогда цикл компрессора будет иметь вид:
Механическая работа, затрачиваемая в одноступенчатом компрессоре на сжатие 1 кг газа, равна:
,
или 
, или 
, где показатель политропы 
.
При медленном сжатии 
(изотерма). При очень быстром сжатии 
(адиабата). Работа при адиабатном сжатии равна
.
При изотермическом сжатии работа равна:
.
Сжатие в многоступенчатом компрессоре
При расчете работы на привод многоступенчатого компрессора принимается, что Т2=Т 
, т.е. что температура газа в конце процесса сжатия в каждой ступени одинакова, и что работа сжатия в каждой из ступеней компрессора одинакова, т.е. l 1= l 2= l 3= lц /3, где 3 – число ступеней компрессора в рассматриваемом примере. Каждая ступень работает в одном и том же интервале температур от Т 1 до Т 2, как показано на следующей схеме:
При этом в каждой ступени имеет место один и тот же политропический процесс сжатия:
, 
и т.д.,
где П1=П2=П3=П. Тогда р 2=Пр1, р 
=П2 р 1, р 
=П3 р 1 и т.д.
При этом конечное давление в многоступенчатом компрессоре с числом ступеней N будет равно:
.
Тогда для трехступенчатого компрессора (N =3) работа, затраченная на сжатие газа, будет равна:
,
а для произвольного числа ступеней N будем иметь следующее выражение:
.
