3. Поршневые компрессоры

159

жения поршня, вплотную подходящего к стенкам цилиндра (рис. 1\Ма). Горизонтальная прямая АВ соответствует процессу всасывания газа, линия ВС — процессу сжатия газа в цилиндре от давления р₀ до давле­ния р_х (изотермическому ВС или адиабатическому ВС'), горизонтальная линия Сй — процессу нагнетания газа. Заштрихованная площадь диа­граммы соответствует работе, затрачиваемой на сжатие газа (в данном случае — на изотермическое сжатие).

На рис. IV А,б представлена индикаторная диаграмма реального поршневого компрессора.

Пусть точка П (см. рис. 1У-4) соответствует крайнему левому положе­нию поршня, который в реальном компрессоре никогда не подходит вплотную к крышке цилиндра. Пространство между крышкой цилиндра

о я с а а б

Рис. 1У-4. Индикаторная диаграмма одноступенчатого поршневого компрессора:

а « идеальный компрессор; 6 -г- действительный компрессор.

и поршнем, находящимся в левом крайнем положении, называется мерт­вым пространством, Объем мертвого пространства обычно выражают в долях рабочего объема У_П цилиндра, или объема, описывае­мого поршнем за один ход. Этот объем равен еУ_п, где в — отношение объема мертвого пространства к объему, описываемому поршнем, т. е. относительный объем мертвого пространства. В зависимости от конструк­ции компрессора и расположения клапанов в цилиндре значение 8 изме­няется в пределах 0,025—0,06.

Мертвое пространство, как следует из дальнейшего, уменьшает про­изводительность компрессора. В то же время наличие мертвого простран­ства не связано с существенными потерями энергии, так как теоретически энергия, затрачиваемая на сжатие газа в мертвом пространстве, возвра­щается при расширении газа в течение хода всасывания.

Раз, находящийся в мертвом пространстве, сжат до давления р₂ в на­гнетательном трубопроводе; абсциссой точки О является объем.мертвого пространства еК_п, а ординатой — давление р_г.

При движении поршня из левого крайнего положения вправо начи­нается расширение газа, находящегося в мертвом пространстве. Этот процесс (линия ОА) сопровождается увеличением объема и уменьшением давления газа и прекращается тогда, когда давление р₀ в цилиндре ком­прессора станет несколько меньше давления р_г во всасывающей линии. В положении поршня, соответствующем точке А, под действием разности давлений р_у—ро открывается всасывающий клапан и газ поступает в ком­прессор. Всасывание (линия АВ) продолжается до достижения поршнем

Г л. IV. Перемещение и сжатие газов (компрессорные машины)

правого крайнего положения (точка В). Объем всасываемого раза 1^_в0 пропорционален отрезку А В и может быть выражен в долях рабочего объема цилиндра: У_вс = ?ч,У_п, где А*, = У_вс/У_п — объемный коэффи­циент компрессора (стр. 161).

При движении поршня из крайнего правого положения влево всасы­вающий клапан закрывается и начинается политропическое сжатие газа (линия ВС) до давления, несколько превышающего давление в нагне­тательном трубопроводе, при котором (в точке С) открывается нагнета­тельный клапан. Нагнетание происходит по линии СО. Длина отрезка пропорциональна объему нагнетаемого газа.

Индикаторная мощность и индикаторное давление. Площадь индика­торной диаграммы в некотором масштабе, соответствует полезной работе, совершаемой компрессором при сжатии газа за один оборот вала и отне­сенной к единице площади поршня. Соответствующая этой работе инди­каторная мощность компрессора может быть определена с помощью диаграммы из уравнения

где ґ — площадь поперечного сечения поршня; п — число двойных ходов поршня или число оборотов коленчатого вала; /_иид—площадь индикаторной диаграммы; М_пр — масштаб пружины индикатора.

Масштаб пружины индикатора М_Пр показывает, скольким единицам давления соот­ветствует единица длины ординаты индикаторной диаграммы.

Умножим и разделим уравнение (IV,20) на 5 — длину хода поршня; тогда

где У',, = РЭп — объем, проходимый поршнем за п оборотов, или объем, описываемый

к длине хода поршня^ или среднее индикаторное давление.

Среднее индикаторное давление можно определить (в некотором мас­штабе) как высоту к равновеликого прямоугольника, построенного на индикаторной диаграмме, с основанием, равным длине диаграммы, так как объем, проходимый поршнем, У_п для данного компрессора (при постоянных Р и п) пропорционален длине хода поршня 5. На рис. 1У-4 площадь прямоугольника заштрихована. .

Индикаторную мощность для компрессора двойного действия находят для каждой стороны цилиндра в отдельности и полученные значения складывают.

Производительность. Для поршневых компрессоров производитель­ность определяется объемом газа V, подаваемого в единицу времени в нагнетательный трубопровод и приведенного к условиям всасывания.

Теоретическая производительность (?_х компрессора равна объему У_п, описываемому поршнем в единицу времени, и может быть рассчитана по уравнениям (111,27) и (111,28) для поршневых насосов.

Действительная производительность компрессора

где Ку— коэффициент подачи.

Для многоцилиндровых компрессоров производительность, найденную по уравнению (IV,22), следует умножить на / — число цилиндров.

Производительность многоступенчатых компрессоров определяется производительностью первой ступени. В, данном случае У_п — объем, описываемый поршнем этой ступени

(^.20)

(IV,21)

поршием в единицу времени; р_иид= отношение площади индикаторной диаграммы

пр

(ІУ.22)