Индикаторная диаграмма компрессора. Индикаторная работа компрессора.

Работа поршневых компрессоров иллюстрируется индикаторной диаграммой, представляющей собой зависимость давления p в цилиндре поршневой машины от его переменного объема V_ц .

Идеальный компрессор.

Компрессор называется идеальным если сжатый в цилиндре газ полностью без остатка выталкивается поршнем, отсутствуют потери энергии в клапанах, отсутствуют утечки и перетечки газа через неплотности, отсутствуют силы трения поршня о цилиндр. Естественно, что это идеализация. Диаграмма показана на рис. 2.

Рис. 2.

На диаграмме линия 4-1 называется линией всасывания, 1-2 (2^ , 2^) – процессы сжатия по изотерме, политропе и адиабате соответственно, 2-3 – линия нагнетания, 3-4 – условная линия замыкающая цикл. Следует отметить, что линии 4-1 и 2-3 не изображают термодинамические процессы, т. к. состояние рабочего тела на них не меняется, а меняется лишь его количество. Удельная работа, затрачиваемая на получение сжатого газа при условии обратимости всех процессов и при пренебрежении кинетической энергией газа определяется зависимостью

где p₁v₁ – работа всасывания (затрачивается ОС на заполнение цилиндра); p₂v₂ – работа нагнетания (затрачивается на вытеснение газа из цилиндра); интегральное слагаемое – работа, затрачивается на сжатие газа. Легко видеть, что l_к численно равна площади фигуры 1-2-3-4-1 на рис. 2, которую можно представить интегралом

(1)

Ввиду того, что работа l_к на получение сжатого газа затрачивается, она имеет отрицательный знак. Обычно говоря о работе компрессора знак минус опускают (это соглашение). Эта работа называется технической работой компрессора. Согласно ранее введенным определениям, интеграл (1) представляет собой располагаемую работу.

Реальный поршневой компрессор.

Диаграмма реального поршневого компрессора представлена на рис. 3.

Рис. 3.

DA  AB  BC  CD .

AB – всасывание газа при p = p₁ (p₁ – давление во всасывающей линии). При p = p₁ – p_A > p_откА в точке А открывается всасывающий клапан (начало работы); BC – сжатие газа; CD – выталкивание газа при p = p₂ (p₂ – давление в нагнетательной линии). При p = p_C – p₂ > p_откC открывается нагнетательный клапан. V_Полн – рабочий объем цилиндра; V_М – объем мертвого пространства. Вводится относительный объем мертвого пространства  = V_М/V_Полн  (0.025  0.06). Линия DA – расширение газа, оставшегося в мертвом пространстве. V_ВС – объем всасываемого газа. Вводится коэффициент объемного заполнения _Нап = V_ВС/V_Полн  (0.7  0.95).

Индикаторная работа.

При расчете работы реального компрессора обычно делают следующие допущения:

1). p_A  p_B  p₁ = const . 2). p_C  p_D  p₂ = const₁ 3). Участок площади p₂DAp₁ много меньше площади всей фигуры. В таком случае pV диаграмму работы реального компрессора можно заменить диаграммой идеального компрессора, представленной на рис. 2. Работу компрессора можно приближенно определять по формуле (1).

Политропный компрессор.

Характеристики: затрачиваемая работа, температура газа в конце сжатия, отводимая при сжатии теплота, КПД, изображение процесса на диаграммах.

При p  10 Мпа (100 ат) воздух можно считать идеальным газом, что и используют на практике при расчете политропного компрессора. Уравнение политропы

pvⁿ = const . (1)

На практике обычно n  (1.15  1.8) . Уравнение идеального газа

pv = RT . (2)

Для технической работы компрессора имеем

Из зависимостей (1) и (2) вытекает равенство

Из первого начала термодинамики для потоков при обычно реализуемых в компрессорах ситуациях dz = 0 , dW  0 (скорость на входе приблизительно равна скорости на выходе из компрессора), l_техн = – l (в силу принятого выше соглашения о знаке), l_тр = 0 вытекает, что

q_вн = dh – l .

Часто приращение q_вн находят из соотношений

q_вн = C_n(T₂ – T₁)  (T₂ + T₁)(s₂ – s₁)/2 , (поскольку Tds = q) .

Для анализа не редко используют диаграммы.

Рис. 4.

На рис. 4 изображены линии, представляющие процессы идеального сжатия в идеальном компрессоре (пунктирные линии) и реальном (сплошные линии) в различных координатах (p₂  давление в компрессоре после сжатия):

1. – Исходное состояние p = p₁ , T = T₁;

1-2. идеальный изотермный процесс;

1-3. реальный изотермный процесс;

1-4. политропный процесс;

1-5. идеальный адиабатный процесс;

1-6. реальный адиабатный процесс.

Этот рисунок относится ко всем типичным процессам. Рассмотрев политропный процесс в компрессоре, переходим к адиабатному.