23. Процессы сжатия газа в компрессорах. Действительная диаграмма.

Д ейств-ая диаграмма одноступенчатого поршневого компрессора будет значительно отличаться от теор-кой диаграммы. Когда заканчивается процесс сжатия и нагнетания, не все кол-во газа оказ-тся вытолкнутым из цилиндра компрессора. Часть его остается в зазорах м/у поршнем и цилиндром, к-ых невозможно избежать, в гнездах, в к-ых расположены клапаны, в каналах самих клапанов. Суммарный объем этих полостей наз-ся вредным простр-ом цилиндра. Благодаря наличию вред-го простр-ва всасывание газа в цилиндр нач­нется не с мертвого положения поршня, а лишь после того как давление газа, оставшегося во вредном пространстве, вследствие расширения снизится до давления, равного давлению всасывания. Наличие вредного простр-ва приводит к уменьшению использования раб-го объема цилиндра, т. к. за вр. всасывания в цилиндр поступает меньшее кол-во газа.

Объем воздуха в цилиндре компрессора складывается из объема воздуха, который действительно подается после сжатия и объема воздуха во вредном пространстве.

На индикаторной диаграмме точка а соответствует закрытию всасывающего клапана, b — открытию нагне­тательного клапана, с — закрытию нагнетательного и d — откры­тию всасывающего клапана. Линия da соответствует процессу всасывания, аb — сжатия, bс — выталкивания, cd — расширения остатка газа.

Изменение давления всасывания и выталкивания (волнистые линии) является следствием 2х влияний: переменного перепада давления в клапане и пульсаций потока во всасывающей и нагнетательной линиях. В начале открытия всасывающего клапана вследствие малой щели набл-ся знач-ое снижение давления (до точки M₁). В начале выталкивания давление по той же причине, наоборот, повышается (до точки М₂). Если клапан полностью открыт, то потери давления в клапане непостоянны потому, что скорость газа в нем изменяется, следуя переменной скорости поршня. Поэтому даже при постоянном давлении во всасывающем и нагнетательных патрубках линии всасывания и выталкивания индикаторной диаграммы отклоняются от горизонтальных прямых.

Изобары р_и и р_к, проведенные на диаграмме, соответствуют средним давлениям в патрубках компрессора.

Вторым моментом, изменяющим теор-кую индикаторную диаграмму, яв-ся сопротивление всас-х и нагнет-х клапанов проходу газа, макс-е при их открытии. В рез-е этого часть давления теряется на преодоление сопро­тивления, и в цилиндре всасываемый газ имеет давление ниже, а нагнетаемый выше, чем давления р_н и р_вс в соответствующих патрубках за клапанами цилиндра. Это увеличивает площадь индикаторной диаграммы, т. е. увеличивает затрату работы на сжатие.

Теплообмен воздуха со стенками цилиндра и поршня, изменение давления за цилиндром в периоды всасывания и нагнетания также вносят изменения в индикаторную диаграмму, отражаясь на характере линий сжатия и расширения, всасывания и нагне­тания.

21. Компрессорные машины.

Компрессорные машины предназ-ны д/нагнетания газа из области низкого давления в область высокого давления.

Область их применения: в строительном деле, для привода в действие пневматического инструмента, в горном деле, в машиностроении, при добыче и переработке нефти. В на­стоящее время нет ни одной отрасли промышленности, где сжатый воздух или газ не получил бы широкого применения. При этом воздух и газы применяются как в качестве энергоносителя (воздух для привода пневматического инструмента, газ для отопления), так и в качестве сырья для получения различной продукции (кислорода из воздуха, аммиака из азотоводородной смеси и т. д.).

Количество и давление потребляемых газов или воздуха чрез­вычайно разнообразны. Это накладывает отпечаток на конструк­цию и принцип действия машин, служащих для сжатия (компримирования) газов и воздуха.

Несмотря на разнообразие, все машины, служащие для сжа­тия газов и воздуха, можно разделить на следующие немного­численные группы:

1. по принципу действия — на поршневые и центробежные машины;

2. по роду перекачиваемого газа: воздушные, кислородные, аммиачные, д/природного газа и пр.;

3. по условиям эксп-ции: стационарные, передвижные, автономные;

4. по системе охлаждения: без искусственного охлаждения, с воздушным охлаждением, с внутренним водяным охлаждением, с внешним охлаждением, охлаждаемые впрыскивание жидкости.

5. по давлению, на которое рассчитаны машины:

- Вакуум-насосы, откачивающие газ из пространства, где давле­ние ниже атмосферного, и нагнетающие его в пространство с атмо­сферным давлением. Иногда нагнетание происходит в пространство с давлением выше атмосферного; такие машины называют вакуум-компрессорами.

- Вентиляторы — машины, сжимающие газ или воздух до 1500 мм вод. ст. (0,15 ати).

- Газодувки (воздуходувки), предназначенные для сжатия рабо­чего агента от 1,5 до 20 м вод. ст. (0,15—2 ати).

- Компрессоры низкого давления, рассчитанные на создание давления от 2 до 10 am.

- Компрессоры среднего давления, рассчитанные на 10—100 am.

- Компрессоры высокого давления, рассчитанные на 100— 1000 am и выше.

Компрессоры среднего и высокого давлений иногда предназна­чены для сжатия газа или воздуха, начальное давление которых во много раз превышает атмосферное. Такие компрессоры назы­ваются дожимающими.

К разновидностям компрессоров относят также циркуляцион­ные насосы, которые осуществляют циркуляцию газа, обычно сжимая его на 10—30 am при начальном давлении газа 200— 1000 am.

Поршневые и центробежные машины отличаются друг от друга по принципу действия. Основным признаком поршневых машин является то, что сжатие газа в них осуществляется в замкнутой полости, размеры которой периодически уменьшаются. В центро­бежных машинах сжатие производится путем непрерывного сооб­щения газу большой скорости, которая затем преобразуется в давление.

Компрессоры горизонтального, вертикального и V-образного типов (по расположению цилиндров).

Большое распространение получают угловые компрессоры, т. е. компрессоры, у которых первая ступень расположена вертикально, а вторая горизонтально. Большое внимание уделяется клапаном компрессора, от которых в значительной степени зависят к. п. д, и долговечность машины.

В турбомашинах предусматривают охлаждение газа после каждого рабочего колеса, делают различные угловые скорости рабочих колес, заменяют плоские направляющие аппараты спиральными.

Винтовые компрессоры состоят из двух винтов, син­хронно вращающихся с громадной скоростью (до 10 000 об/мин) „ Такие компрессоры могут развивать давление до 12 am.

В нефтяной промышленности компрессорные машины широко применяются как при добыче нефти, так и при ее переработке. На нефтеперерабатывающих заводах установлены вакуум-ком­прессоры, воздухо- и газодувки, мощные вентиляторы, компрес­соры низкого и среднего давлений, газомоторные компрессоры, аммиачные компрессоры для холодильных установок.