- •Тема 12 Дросселирование газов и паров
- •12.1. Дросселирование газа
- •12.1. Изменение энтропии и температуры при дросселировании
- •12.3. Дросселирование водяного пара
- •Контрольные вопросы
- •Тема 13. Влажный воздух
- •13.1. Параметры состояния влажного воздуха
- •13.2. Диаграмма состояния влажного атмосферного воздуха
- •Контрольные вопросы
- •Тема 14. Компрессоры
- •14.1. Классификация компрессорных машин
- •14.2. Поршневой компрессор. Индикаторная диаграмма идеального поршневого компрессора
- •14.3. Индикаторная диаграмма реального поршневого компрессора
- •Учет прямых утечек газа в компрессоре
- •14.3. Определение количества теплоты, отведенной от газа при различных процессах сжатия
- •14.4. Мощность привода и коэффициент полезного действия компрессора
- •14.5. Многоступенчатое сжатие газа
- •Контрольные вопросы
- •Тема 15. Циклы тепловых двигателей с газообразным рабочим телом
- •15.1. Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания (двс)
- •15.2. Циклы двс с подводом теплоты при постоянном объеме
- •15.3. Цикл двс с подводом теплоты при постоянном давлении (цикл Дизеля)
- •14.4. Цикл двс со смешанным подводом теплоты (цикл Тринклера)
- •14.5. Сравнение циклов поршневых двигателей внутреннего сгорания
- •14.6. Цикл двигателя Стирлинга
- •Контрольные вопросы
- •Тема 16. Циклы газотурбинных установок
- •16.1. Цикл гту с подводом теплоты при постоянном давлении
- •16.2. Цикл гту с подводом теплоты при постоянном объеме
- •16.3. Методы повышения термического кпд гту
- •16.4. Цикл гту с регенерацией теплоты
- •16.3.1. Цикл гту с подводом теплоты при и регенерацией теплоты
- •16.3.2. Цикл гту с подводом теплоты при и регенерацией теплоты
- •16.4. Цикл с многоступенчатым сжатием воздуха и промежуточным охлаждением
- •Контрольные вопросы
- •Тема 17. Теплосиловые паровые циклы
- •17.1. Цикл Карно
- •17.2. Цикл Ренкина
- •17.3. Влияние основных параметров на кпд цикла Ренкина
- •17.3.1. Влияние начального давления пара
- •17.3.2. Влияние начальной температуры пара
- •17.3.3. Влияние конечного давления в конденсаторе
- •17.4. Цикл с вторичным перегревом пара
- •17.5. Регенеративный цикл паротурбинной установки
- •17.6. Теплофикационные циклы
- •Контрольные вопросы
- •Тема 18. Циклы холодильных установок
- •18.1. Цикл воздушной холодильной установки
- •18.2. Цикл парокомпрессионной холодильной установки
- •18.3. Цикл пароэжекторной холодильной установки
- •18.4. Цикл абсорбционной холодильной установки
- •18.5. Тепловой насос
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
14.3. Индикаторная диаграмма реального поршневого компрессора
Индикаторная диаграмма компрессора представлена на рис. 42. На этой диаграмме процесс всасывания изображается линией 4–1, сжатия – 1–2, нагнетания – 2–3. Линия 3–4 характеризует процесс расширения газа, оставшегося во вредном («мертвом») пространстве.
Рисунок 42 – Индикаторная диаграмма поршневого компрессора при наличии «мертвого пространства».
Вредным пространством называется некоторый свободный объем между поршнем и крышкой цилиндра в момент нахождения поршня в крайнем левом положении. Его объем составляет от рабочего объема цилиндра .
Влияние «мертвого» пространства.
При наличии в компрессоре «мертвого» пространства , рис. 42 в рабочей камере после завершения нагнетания остается объем газа с давлением . При движении поршня вправо только после снижения давления в рабочей камере до открывается всасывающий клапан, т. Е. процесс всасывания газа начинается лишь в точке 4, и всасываемый объем составляет , объем которого меньше рабочего объема .
Вредное пространство уменьшает количество всасываемого газа и, следовательно, снижает производительность компрессора. Для расчета производительности реального поршневого компрессора принята зависимость:
где – производительность теоретического или идеального компрессора;
– ход поршня;
– площадь поперечного сечения цилиндра;
– число двойных ходов в единицу времени;
– коэффициент подачи.
При наличии вредного пространства производительность машины составит:
где – коэффициент всасывания, характеризующий снижение производительности из-за мертвого пространства.
Если процесс расширения газа на линии 3 – 4 политропный, а показатель политропы расширения , то параметры газа в точках 3 и 4 можно связать уравнением:
или
Из этого равенства следует
и
где –коэффициент мертвого пространства.
Влияние сопротивления клапанов и теплообмена между газом и компрессором (при ).
Из-за наличия сопротивления при всасывании газа давление в рабочей камере , а при нагнетании , рис. 43.
Рисунок 43. Индикаторная диаграмма поршневого компрессора при наличии сопротивления клапанов.
Контакт всасываемого газа с нагретыми деталями машины и смешение его с газом мертвого пространства приводит к повышению температуры всасываемого газа. В момент окончания всасывания (в т.1) газ имеет параметры и . Приведем всасываемый объем ( ) к начальным параметрам, для этого воспользуемся уравнением:
где .
Получим
Формула для расчета производительности примет вид
где – коэффициент подачи, учитывающий влияние подогрева газа на производительность;
– коэффициент подачи, учитывающий влияние сопротивление всасывающего клапана на производительность компрессора.
Учет прямых утечек газа в компрессоре
Учет прямых утечек газа в компрессоре ведется с помощью коэффициента герметичности , который является аналогом объемного КПД насосов.
Если сжимается влажный газ, то после его сжатия и охлаждения часть водяных паров сконденсируется, что приведет к дополнительному снижению объема сжатого газа. Для учета этого фактора вводится коэффициент .
Коэффициент герметичности для политропного процесса компрессора определяется выражением
Как следует из данного выражения коэффициент герметичности уменьшается с увеличением степени сжатия и при некотором ее значении может стать равным нулю. Степень сжатия , при которой , называется пределом сжатия.
При предельном значении степени сжатия газ, находящийся в «мертвом» пространстве, расширяясь, занимает весь объем цилиндра. Всасывание газа в цилиндр прекращается и производительность компрессора становится равной нулю. На индикаторной диаграмме, рис. 44 линия сжатия и расширения сливаются в одну лини; площадь индикаторной диаграммы и, следовательно, индикаторная мощность при пределе сжатия равны нулю. Предел сжатия при политропном расширении газа в мертвом пространстве может быть определен из уравнения при условии .
ε
Рисунок 44 – Индикаторная диаграмма компрессора при пределе сжатия.
В действительности, в качестве предельной принимают значительно меньшую степень сжатия. При этом считают, что компрессоры, имеющие коэффициент герметичности менее ( ), практически невыгодны. Соответствующий этому объемный предел степени сжатия находится из уравнения
Следовательно, для расчета коэффициента подачи можно воспользоваться зависимостью
В реальном компрессоре процесс сжатия газа всегда происходит при наличии теплообмена со стенками рабочей камеры. При этом начало процесса сжатия, когда температура газа еще ниже температуры стенок машины, сопровождается подводом теплоты к газу и характеризуется показателем политропы .
Окончание процесса сжатия сопровождается отводом теплоты от газа, так как компрессорная машина в целом охлаждается окружающей средой и ее температура вблизи точки 4 уже ниже температуры газа, и . Таким образом, процесс сжатия протекает с переменным показателем политропы. Среднее же значение показателя . Окончательный вид индикаторной диаграммы приведен на рис. 45. Всплески давления вблизи точек 2 и 4 связаны с инерционностью клапанов, с запаздыванием их открытия.
Рисунок 45 – Индикаторная диаграмма реального поршневого компрессора.
Следующим ограничением, обуславливающим сравнительно небольшие степени сжатия в одноступенчатых компрессорах, является температура газа после сжатия, которая не должна быть выше . При более высоких температурах начинается выделение летучих веществ, которые, соединяясь с сжимаемым газом, могут образовывать взрывоопасные смеси.