5. Изотермный процесс сжатия происходит при постоянной температуре Т₁=const. В изотермном процессе количество отводимой теплоты равно:

Величина q_1-2 эквивалентна площади с-1-2-а.

Техническая работа обратимого изотермного сжатия теоретического компрессора:

Величина l_к.т. эквивалентна площади b-3-1-2-a так как разность энтальпий i₂–i₁<0 и эквивалентна площади c-1-3-b.

Так как в идеальном газе энтальпия зависит только от температуры, то при Т=const и i=const (или i₁=i₂), тогда для изотермного процесса в идеальном газе:

_______________________________________________

6. В политропном процессе сжатия идеального газа техническая работа равна:

(8)

Признаком политропного процесса является постоянство политропной теплоемкости С_пол=const и для идеального газа можно записать:

Этому случаю соответствуют процессы сжатия с отводом теплоты линия 1-2^// и количество теплоты эквивалентна площади c-1-2^//-b. Техническая работа обратимого политропного процесса сжатия теоретического компрессора эквивалентна площади c-1-2^//-0-a. Процессы сжатия с подводом теплоты требуют больших затрат энергии и поэтому в компрессорах не используется.

________________________________________________________________________

7. Изоэнтропный процесс сжатия происходит при отсутствии теплообмена с внешними источниками, то есть является адиабатным. Работа компрессора (линия 1-2s, эквивалентна площади a-c-1-2s-0):

Индекс S обозначает, что соответствующие параметры относятся к изоэнтропному процессу.

Для идеального газа уравнение изоэнтропного процесса имеет вид:

Работа изоэнтропного сжатия:

где k – показатель адиабаты.

_________________________________________________________________________________

9.Теоретический цикл объемных компрессоров

Основными элементами паровой ХМ являются:

компрессор, конденсатор, испаритель, устройство для расширения рабочего вещества.

Для сжатия рабочего вещества применяются различные типы компрессоров:

поршневые;

винтовые;

центробежные;

Выбор цикла ХМ зависит от температур источника низкой температуры и окружающей среды.

Существенное влияние на цикл имеют тип компрессора и теплообменных аппаратов, рабочее вещество и схема ХМ.

Схема ХМ с дросселированием в области влажного пара и всасыванием сухого пара в T – S и lg P – i диаграммах приведены на (!11 ВОПРОС)

Ц икл холодильной машины в T-s и lgP-i диаграммах.

Км – компрессор; Кд – конденсатор;И – испаритель;ДУ– россельное устройство.

1-2 – процесс изоэнтропного сжатия рабочего вещества в компрессоре;

2-3 – процесс конденсации, отвод теплоты в окружающую среду;

3-4 – дросселирование рабочего холодильной машины вещества;

4-1 – процесс кипения рабочего вещества, при отводе тепла от источника низкой температуры.

В этих циклах процесс изоэнтропного расширения в детандере с получением внешней работы заменен процессом дросселирования. Это связано с тем, что работа, отдаваемая детандером, мала, по сравнению с работой компрессора. Однако, в крупных машинах включение детандера в схему ХМ сократило бы расходы энергии для получения холода.

Удельная холодопроизводительность или теплота, подведенная к одному килограмму рабочего вещества в испарителе:

в T – S диаграмме она эквивалентна площади a-1-4-b, в lg P – i диаграмме – отрезку 1 – 4.

Работа компрессора T – S диаграмме эквивалентна площади 1-2-3-0, в lg P – i диаграмме равна разности энтальпий в точках 2 и 1:

Теплота отведенная в конденсаторе окружающей средой в T – S диаграмме соответствует площади a-2-3-c, в lg P – i диаграмме равна разности энтальпий в точках 2 и 3:

В рассмотренных циклах процесс сжатия в компрессоре принимается изоэнтропным. В реальных компрессорах такой процесс сжатия осуществить практически невозможно из-за необратимых потерь в компрессоре.

__________________________________________________________

10. Средним индикаторным давлением поршневого компрессора называется условная постоянная по значению разность давлений, преодолевая которую в течении всего своего хода, поршень совершает работу, равную рассчитанной по данной индикаторной диаграмме. Высота заштрихованного прямоугольника P_{i т} и есть среднее индикаторное давление, его определяют по формуле:

Среднее индикаторное давление применяют только для машин объемного действия и используют в расчетах. Индикаторная диаграмма теоретического поршневого компрессора:

Определение среднего индикаторного давления теоретического поршневого компрессора.

Процесс всасывания 4-1 происходит при постоянном давлении Р₁, когда поршень движется от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ). Процесс сжатия 1-2 происходит на части обратного хода поршня от НМТ до ВМТ. При достижении давления нагнетания Р₂ начинается процесс выталкивания или нагнетания газа 2-3, который заканчивается в ВМТ. Процесс 3-4 возможет только при отсутствии мертвого объема. Работа компрессора эквивалентна площади l_к → 1-2-3-4.

__________________________________________________________

8. Производительность компрессора.

Объемная производительность компрессора V (м³/с) – это объем рабочего вещества, нагнетаемого компрессором в единицу времени.

Массовая производительность G (кг/с) – масса рабочего вещества, нагнетаемая компрессором в единицу времени.

, (17)

где υ₁ – удельный объем, кг/м³;

ρ₁ – плотность рабочего вещества на всасывании м³/кг.

Мощность теоретического компрессора N_T (кВт).

Эта зависимость устанавливает связь между мощностью и средним индикаторным давлением теоретического компрессора объемного принципа действия.

Работа компрессора эквивалентна площади l_к → 1-2-3-4.

12.Действ. Об. Компр. Понятия и определ.

Поршневые компрессоры являются наиболее распространенным типом холодильных компрессоров. Почти монопольно они используются в области холодопроизводительности от 100Вт – до 150 кВт. Основное преимущество перед винтовыми компрессорами состоит в более высокой энергетической эффективности.

Основные понятия и определения.

Бескрейцкопфный или тронковый компрессор имеет поршни, непосредственно связанные с шатунами с помощью поршневого пальца.

Крейцкопфный компрессор имеет дисковые поршни, которые жестко соединены со штоками, с другой стороны штоки соединены с крейцкопфами, которые также двигаются возвратно-поступательно.

В компрессоре простого действия рабочий процесс осуществляется только по одну сторону поршня.

В компрессоре двойного действия рабочий процесс осуществляется по обе стороны поршня. Объем, описываемый поршнем в задней полости цилиндра, меньше, чем в передней на объем шока, связывающего поршень с крейцкопфом,

Теоретический объем или объем описываемый поршнем простого действия за один оборот, равен объему цилиндра:

с z – числом цилиндров и в единицу времени:

где D – диаметр цилиндра;S_П – ход поршня;z – число цилиндров;n – частота вращения вала.

Мертвый объем V_c (м³) – это объем, который не может быть вытеснен из цилиндра поршнем. Когда поршень находится в ВМТ в цилиндре всегда остается рабочее вещество в проточках, зазорах, сверлениях, каналах клапанов.

Относительный мертвый объем – безразмерная величина

.

У холодильных поршневых компрессоров величина относительного мертвого пространства лежит в пределах 0,02÷0,06.

Действительный поршневой компрессор отличается от теоретического наличием более низких объемных и энергетических показателей, которые рассмотрены ниже.

Мертвый объем – в нем остается часть рабочего вещества под давлением превышающем давление нагнетания на величину гидравлических потерь в нагнетательных клапанах. При движении поршня от ВМТ к НМТ рабочее вещество, оставшееся в мертвом пространстве, расширяется, вследствие чего давление в цилиндре, при котором может быть открыт всасывающий клапан, будет достигнуто лишь после того, как поршень пройдет определенное расстояние от ВМТ. В результате всасывание произойдет лишь на части хода поршня, что приведет к снижению объемной производительности действительного компрессора.

Гидравлические потери возникают на всем протяжении трубопровода. Самые большие потери в клапанах из-за больших скоростей движения газов. В итоге давление в цилиндре в начале процесса сжатия оказывается ниже давления всасывания, а в его конце – выше давления нагнетания. Это также вызывает снижение объемных и энергетических показателей компрессора.

Подогрев рабочего вещества при всасывании происходит от корпуса компрессора, а затем от клапанов, цилиндра, поршня. В результате в момент закрытия всасывающих клапанов удельный объем пара будет больше, чем при входе в компрессор, что дает дополнительное снижение объемных и энергетических показателей. Энергетические показатели уменьшаются вследствие того, что процесс сжатия начнется при более высокой температуре, и значит, возрастет удельная работа, затрачиваемая на его осуществление.

Теплообмен в цилиндре. Температура всасываемого газа значительно ниже температуры деталей компрессора, поэтому при всасывании и в начале процесса сжатия газ нагревается от деталей компрессора. В конце процесса сжатия и при нагнетании температура рабочего вещества выше, чем у окружающих деталей, и процесс теплообмена идет в обратном направлении. В результате процесс сжатия и обратного расширения идут с переменными значениями показателя политропы.

Колебание рабочего вещества в полости компрессора. Они возникают вследствие периодичности работы компрессора. Частота и амплитуда зависит от объема и протяженности сети, что значительно влияет на производительность и мощность компрессора.

Утечки и перетечки рабочего вещества. Они обусловлены наличием зазоров и неплотностей между деталями компрессора: гильзой цилиндра и поршнем; в замках поршневых колец; в клапанах и т. п. Утечка – это перетекание рабочего вещества, приводящее к его потере для рассматриваемого процесса. Перетечка – это перетекание рабочего вещества из одной полости в другую, непроводящее к его

потере для рассматриваемого процесса (через неплотности нагнетательного клапана или через неплотности в одной из полостей крейцкопфного компрессора двойного действия).

Утечки и перетечки приводят к снижению производительности и энергетической эффективности компрессора, так как представляют собой внутренне необратимые процессы дросселирования.

Трение. На преодоление трения в деталях компрессора затрачивается мощность, называющаяся мощностью трения. В нее также включается мощность на привод масляного насоса и барботаж масла в картере компрессора. Мощность переходит в теплоту, часть которой передается рабочему веществу, а часть в окружающую среду.

13. 15,16 Производ.обКМ,коэф подачи,индик. мощность

Вследствие влияния мертвого пространства, гидравлических сопротивлений при всасывании и нагнетании, подогрева рабочего вещества во всасывающем тректе, утечки его через неплотности и других факторов производительность действительного поршневого компрессора V_Д. всегда меньше, чем производительность теоретического компрессора V_T. Для оценки объемных потерь вводится понятие коэффициента подачи. Он показывает во сколько раз действительная производительность меньше теоретической:

где G_Д – массовая производительность действительного компрессора;

G_T - массовая производительность теоретического компрессора.

Коэффициент подачи зависит от ряда факторов:

Объемный коэффициент λ_С учитывает уменьшение производительности поршневого компрессора из-за расширения рабочего вещества, оставшегося в мертвом пространстве, и кроме того, из-за потерь давления при нагнетании, приводящих к тому, что процесс обратного расширения начинается при давлении Р₃, более высоком, чем давление нагнетания Р_Н, на значение ∆Р₃ – потерь давления в нагнетательном клапане и последующем тректе:

Коэффициент дросселирования:

У современных среднетемпературных компрессоров λ_ДР=0,98÷1,00, у низкотемпературных λ_ДР=0,95÷0,98 из-за повышенных потерь во всасывающих клапанах.

Коэффициент подогрева λ_ω оценивает уменьшение производительности компрессора из-за подогрева рабочего вещества при его движении от входного сечения всасывающего патрубка до момента закрытия всасывающего клапана. В процессе движения рабочее вещество нагревается от корпуса компрессора, всасывающего клапана, крышки, стенок цилиндра и поршня. При этом его удельный объем увеличивается и, хотя фактический объем всасываемого в цилиндр рабочего вещества остается неизменным, масса его уменьшается, а значит уменьшается и используемый в расчетах объем, отнесенный к условиям всасывания. Эта потеря является скрытой и не может быть определена из индикаторной диаграммы. Коэффициент подогрева можно определить по графической зависимости, которая учитывает марку компрессора, вид рабочего вещества и отношение .

Коэффициент плотности λ_ПЛ учитывает уменьшение производительности из-за утечек и перетечек через уплотнения компрессора, которые также являются скрытыми потерями. Коэффициент плотности зависит от отношения давлений и для современных холодильных компрессоров, имеющих поршневые кольца, находится в пределах λ_ПЛ=0,95÷0,99. увеличение частоты вращения коленчатого вала ведет к увеличению λ_ПЛ.

Индикаторная мощность действительного компрессора более точно находится из анализа индикаторной диаграммы:

Работа действительного компрессора:

Среднее индикаторное давление:

где F_ИД – площадь индикаторной диаграммы, мм²;

m_P – масштаб давлений по оси ординат индикаторной диаграммы, Па/мм;

m_V – масштаб объемов по оси абсцисс, м³/мм.

Индикаторный КПД:

где l_S – работа сжатия, равная разницы энтальпий i₂ – i₁.

Эффективный КПД:

Мощность трения:

N_{ТР мех} – мощность, затрачиваемая на преодоление сил механического трения в механизме движения;

N_BC – мощность, затрачиваемая на привод вспомогательных механизмов и барботаж масла в картере.

14. Индикат. диаграмма действ КМ

Процесс сжатия начинается в точке 1, при давлении ниже давления Р_В при всасывании в компрессор на величину ∆Р₁, определяемую гидравлические потери во всасывающей полости и особенно в клапанах.

В точке 2^/ давление в цилиндре достигает давления нагнетания, однако сжатие будет продолжаться. Для того, чтобы открылся нагнетательный клапан действительного компрессора, необходимо преодолеть силу упругости пружины и силу ее инерции, так как при поднятии клапан движется с ускорением.

По мере открытия клапана рабочее вещество будет проходить в нагнетательную полость, преодолевая гидравлическое сопротивление, до тех пор, пока пластина клапана не поднимется полностью.

На индикаторной диаграмме условно представлена кривая изменения высоты подъема пластины клапана Х_Н.КЛ., из которой видно, что клапан начинает открываться в точке 2 при давлении более высоком, чем давление нагнетания Р_Н.

Процесс нагнетания 2 – 3 идет при переменном давлении, которое достигает максимума в точке а, а затем по мере уменьшения скорости поршня, снижается до давления Р₃, превышающее давление нагнетания Р_Н на величину ∆Р₃ – потерь давления в нагнетательном клапане.

По мере приближения поршня к ВМТ нагнетательный клапан начинает закрываться. Это видно по кривой подъема клапана.

Процесс обратного расширения 3 – 4 рабочего вещества, оставшегося в мертвом пространстве под давлением Р₃, проходит на части рабочего хода поршня и заканчивается в точке 4 при давлении в цилиндре более низком, чем давление всасывания Р_В. Это обусловлено необходимостью преодоления упругости пружины и инерции, а также гидравлического сопротивления всасывающего клапана.

Процесс всасывания 4 – 1 проходит с переменным давлением, которое достигает минимума в точке б, примерно соответствующей полному открытию всасывающего клапана и в дальнейшем несколько повышается до давления Р₁ меньшего, чем давление всасывания Р_В. На величину ∆Р₁ потерь давления во всасывающем клапане.

__________________________________________________________