Вопрос 3.1. Принцип работы и термодинамические условия работы поршневого компрессора

Принципиальная схема поршневого компрессора (рис. 3.1) включает цилиндр 1, поршень 2, всасывающий 3 и нагнетательный 4 кла­паны, шток 5 и кривошипно-шатунный механизм, состоящий из крей­цкопфа 6, шатуна 7 и кривошипа 8.

-80-

Рис 3.1. Схема поршневого компрессора

Рабочий процесс в поршневом компрессоре осуществляется за четыре этапа:

1 - расширение газа во вредном пространстве цилиндра компрес­сора (в клапанах и околоклапанном пространстве, в зазоре между крышкой цилиндра и плоскостью АA, соответствующей крайнему положению поршня);

2 - всасывание (расширение и всасывание происходят при дви­жении поршня от плоскости АA до плоскости ВВ на длине хода пор­шня s; при этом всасывающий клапан открывается не сразу, а лишь после того, как газ, находящийся во вредном пространстве цилиндра, расширится, и его давление станет меньше давления во всасывающей линии, в этот момент откроется клапан 3, и газ начнет поступать в цилиндр компрессора);

3 - сжатие (происходит при движении поршня от плоскости ВВ до плоскости СС);

4 - нагнетание (происходит при движении поршня от плоскости СС до плоскости АA; нагнетание газа в трубопровод начинается тог­да, когда давление газа в цилиндре превысит давление в нагнетатель­ной линии, в этот момент откроется клапан 4, и газ начнет поступать в трубопровод).

Расширение и сжатие газа в компрессоре связаны с изменением его температуры и являются объектом изучения технической термо­динамики.

Характер изменения объема газа зависит от условий теплообмена между газом, деталями компрессора и окружающей средой. В зави­симости от этого сжатие или расширение могут происходить:

- без теплообмена (адиабатический процесс); т. е. с нагревом газа при его сжатии или охлаждением газа при его расширении;

- с частичным теплообменом (политропический процесс);

- с полным теплообменом (изотермический процесс), т.е. с сохра­нением одной и той же, постоянной при сжатии и расширении, тем­пературы газа.

-81-

Как видно из определений, адиабатический и изотермический про­цессы являются частными случаями политропического процесса.

Политропический процесс изменения состояния идеального газа удовлетворяет уравнению:

(3.1)

где - давление;

V - объем газа;
т - показатель политропы.

При адиабатических процессах т обозначается через k и называ­ется показателем адиабаты и равен 1,67 для одноатомных газов, 1,4...1,41 для двухатомных и 1,2...1,3 для трех- и многоатомных газов. При изотермическом процессе т = 1.

Из условий работы поршневого компрессора видно, что процес­сы сжатия и расширения газа происходят в основном при политро­пическом процессе.

Изменение температуры газа можно определить, используя урав­нение состояния идеального газа:

(3.2)

где R - газовая постоянная;

Т - абсолютная температура газа в цилиндре в °К. Для политропического процесса температура после сжатия равна:

(3.3)

где Т₂ - конечная температура газа после сжатия;

Т₁ - начальная температура газа в °К.