7.2. Производительность компрессора и мощность двигателя

Производительность компрессора, под которой понимается действительный подаваемый им объем воздуха, пересчитанный на условия всасывания, можно определить применительно к поршневому компрессору по размерам цилиндра одной ступени сжатия.

Производительность, отнесенная к условиям всасывания(при давлении и температуре воздуха во всасывающем патрубке) компрессора:

Простого действия:

(7.2)

Двойного действия:

(7.3)

- коэффициент подачи компрессора;

- внутренний диаметр цилиндра, м;

- ход поршня, м;

d- диаметр штока поршня, м;

n- скорость вращения вала компрессора, об/мин.

Производительность нормальная V_нар , отнесенная к нормальным условиям (при давлении воздуха р₀ =10333 кгс/м² и температуре Т=273 0К , т.е. 0 ⁰С ), находятся на основании характеристического уравнения для нормального и действительного условий всасывания(при действительном условии – давление р_вс , температуре Т_вс):

(7.4)

(кгс∙м) отнести к 1м³ воздуха, то теоретическая мощность компрессора при его производительности V_мин (м³/мин) выразится формулой:

(7.5)

Индикаторная мощность компрессора, т.е. действительная мощность, развиваемая в цилиндре компрессора, равна:

(7.6)

- индикаторный к.п.д. компрессора, учитывающий потери, свя­занные с отклонением действительного процесса компрессора от теоре­тического;

Мощность на валу компрессора:

- механический к.п.д., учитывающий механические сопротив­ления от поршня до вала компрессора включительно (потери на тре­ние, при движении поршня в цилиндре, трение в уплотнениях, под­шипниках) - 0,85 - 0,95.

Мощность на валу двигателя компрессора при отсутствии переда­чи между валами компрессора и двигателя определяется по формуле (7.7) , а при наличии передачи в знаменатель необходимо еще ввести ее к.п.д. ,

Значение индикаторного к.п.д. компрессора при расчетах по изотермическому сжатию:

=0,75 - 0,85, = 0,9 - 0,94.

Общий к.п.д. компрессора :

(7.8)

Если при определении N принималась теоретическая работа процесса с изотермическим сжатием, то общий к.п.д.:

(7.9)

называется изотермическим к.п.д. компрессора и представляет собой отношение теоретической мощности при изотермическом сжатии с мощности на валу компрессора:

(7.10)

Адиабатным к.п.д. компрессора:

(7.11)

7.3. Схемы и принцип действия поршневых компрессоров.

Процесс преобразования энергии в рабочей камере поршневого ком­прессора (рис.7.2) происходит за счет принудительного изменения объема газа в изолированном от окружающей среды рабочем пространстве цилиндра.

Основными узлами компрессора являются цилиндр 1, крышки цилиндра 2, впускные (всасывающие) 3 и вы­пускные (нагнетательные) 4 клапаны и поршень 5. Посредством кривошипно-шатунной системы, состоящей из штока 6, крейцкопфа 7, шатуна 8 и кривошипа (коленчатого вала) 9, вращательное движение привода преобразуется в возвратно-поступательное перемещение поршня в цилиндре.

Рис.7.2. Схема поршневого компрессора

При движении поршня влево (см.рис.7.2) объем правой рабочей

камеры Vп увеличивается, атмосферным давлением открывается вса­сывающий клапан и в нее поступает воздух, как это показано стрелками и сплошными линиями. В это же время объем левой камеры Vл умень­шается и происходит сжатие поступившего в нее из атмосферы воздуха (всасывающий клапан левой камеры закрыт). Как только давление воз­духа в левой камере превысит давление в пневматической сети (воз­духосборнике), откроется нагнетательный клапан левой камеры и сжатый воздух вытеснится в пневмосеть. При обратном движении поршня закрыт нагнетательный клапан левой камеры и через всасывающий клапан в нее поступает атмосферный воздух, а в правой камере происходит процесс сжатия и вытеснения воздуха (движение воздуха показано пунктирными линиями).

Клапаны компрессора - бесприводные пружинные, открывающиеся под действием перепада давлений между внутренней полостью рабочих камер и окружающей средой. Поэтом давление сжатого воздуха в цилиндре перед его вытеснением зависит от противодавления в пневмосети.

Цилиндр компрессора, схема которого приведена на рис.7.2, назы­вают цилиндром двойного действия, так как при одном полном обороте коленчатого вала происходит два рабочих цикла в компрессоре. В цилиндре простого действия одна из торцевых частей открыта, отсутствуют соответствующие крышка и система клапанов, а преобразование энергий происходит в одной камере В таком компрессоре за один двойной ход поршня происходит один рабо­чий цикл, включающий в себя процессы всасывания, сжатия и вытеснения воздуха. Привод компрессора простого действия, как правило, бескрейцкопфный (отсутствуют шток 6 и крейцкопф 7, а шатун 8 непосредственно соединяют с поршнем 5), в отличие от крейцкопфного привода компрессора двойного действия.

Высокую степень повышения давления получают за счет много­ступенчатых схем (рис.7.3), когда воздух поочередно прохо­дит через несколько рабочих камер компрессора.

Рис. 7.3. Многоступенчатые схемы поршневых компрессоров

Двухступенчатое сжатие, наиболее распространенное на практике, может быть реализовано в компрессоре с дифференциальным цилиндром (рис.7.3,а) или путем последовательного соединения двух цилиндров по схеме тандемкомпрессора (рис.7.3,б) или рядного компрес­сора (рис.7.3,в). Взаимное расположение цилиндров, помимо рядного, может быть угловым (рис.7.3,г), V-образным (рис.7.3,д) и оппозитным (рис.7.3,е).

В компрессорах большой производительности применяют параллельное соединение цилиндров, приводимых в действие общим коленчатым валом. Такие компрессоры называют многоцилиндровыми. Они подразделяются на однорядные и многоряд­ные с угловым, - образным и оппозитным взаиморасположением рядов. По ориентации цилиндров в пространстве однорядные компрессоры под­разделяют на вертикальные и горизонталь­ные. Кроме того, в зависимости от производительности компрессоры могут иметь водяной или воздушный отвод тепла от стенок цилиндра.