Цикл компрессора

Циел компрессора

Процессы сжатия в идеальном компрессоре.

Компрессором называется устройство, предназначенное для сжатия и перемешивания газов.

Принцип действия поршневого компрессора таков: при движении поршня слева направо давление в цилиндре становится меньше давления р₁, открывается всасывающий клапан. Цилиндр заполняется газом. Всасывание изображается на индикаторной диаграмме линией 4-1. При обратном движении поршня всасывающий клапан закрывается, и газ сжимается по линии 1-2. Давление в цилиндре увеличивается до тех пор, пока не станет больше р₂. Нагнетательный клапан открывается, и газ выталкивается поршнем в сеть (линия 2-3). Затем нагнетательный клапан закрывается, и все процессы повторяются. Индикаторную диаграмму не следует смешивать с p-v-диаграммой, которая строится для постоянного количества вещества. В индикаторной диаграмме линии всасывания 4-1 и нагнетания 2-3 не изображают термодинамические процессы, так как состояние рабочего тела в них остается постоянным – меняется только его количество.

На сжатие и перемешивание 1 кг газа затрачивается работа (-а_тех), которую производит  двигатель,  вращающий    вал  компрессора. Обозначим ее через  а_к; (а_кº-а_тех).

На индикаторной диаграмме а_к изображается площадью 4-3-2-1.

Техническая работа, затрачиваемая в компрессоре, зависит от характера процесса сжатия. На рисунке изображены изотермический (n=1), адиабатный (n=k) и политропный процессы сжатия Сжатие по изотерме дает наименьшую площадь, т.е. происходит с наименьшей затратой работы, следовательно, применение изотермического сжатия в компрессоре является энергетически наиболее выгодным.

Рекомендуемые материалы

Чтобы приблизить процесс сжатия к изотермическому, необходимо отводить от сжимаемого газа теплоту. Это достигается путем охлаждения наружной поверхности цилиндра водой, подаваемой в рубашку, образуемую полыми стенками цилиндра. Однако практическое сжатие газа осуществляется по политропе с показателями n=1,18¸1,2, поскольку достичь значения n=1 не удается.

Работа, затраченная на получение 1 кг сжатого воздуха в одноступенчатом компрессоре, графически равна пл. АВСD и является алгебраической суммой площадей:

Пл. АВСD = пл. CDOE + пл. BCEF - пл. ABFO

Где пл. CDOE –а_выт=p₂v₂ –работа выталкивания;

пл. BCEF – а_сж = ∫pdv – работа сжатия;

пл. ABFO – а_вс = p₁v₁ –работа всасывания.

Величина работы, затрачиваемой на сжатие всегда отрицательна (v₁ > v₂, dv < 0). Отрицательна и величина работы выталкивания, так как в процессе выталкивания работа производится над газом. Работа в процессе всасывания положительна, так как в этом случае поступающий газ совершает работу.

Следовательно, суммарная работа равна:

Эта работа является технической работой процесса сжатия.

Работа и мощность на привод компрессора.

Основная цель термодинамического расчета компрессора – это определение работы (мощности), которую следует затратить, чтобы получить некоторое количество газа при заданных параметрах начала и конца сжатия.

1. Для компрессора, когда процесс сжатия происходит по изотерме pv = const:

Для 1 кг газа а_из = -RT₁ln(p₂/p₁)

Для G кг/сек     А_из = - а_из G = - GRT₁ln(p₂/p₁)

Мощность в киловаттах (квт), затрачиваемая при получении Gкг/сек сжатого газа:

Совершенство компрессора может быть оценено значением изотермического кпд:

N_е – мощность, потребляемая реальным компрессором.

Изотермический кпд имеет значение от 0,6 до 0,76.

2. При адиабатном сжатии:

Работа адиабатного компрессора:

или:

а_ад = p₁v₁ – (u₂  - u₁) – p₂v₂ = (u₁  + p₁v₁) –

- (u₂ + p₂v₂) = - (i₂ – i₁)

A_ад = G×a_ад

Лекция "14 Типы строя психики" также может быть Вам полезна.

Значение адиабатного кпд находится в пределах 0,75 – 0,85.

Как адиабатный, так и изотермический процессы сжатия могут рассматриваться только как теоретические. В действительности процессы сжатия идут по политропе, имеющий переменный показатель, который зависит от интенсивности теплообмена в процессе сжатия газа в компрессоре.

Показатель политропы охлаждаемого компрессора k>n>1, для неохлаждаемого (центробежные, осевые) n>k.

3. Для политропного процесса сжатия:

Средняя величина показателя политропы определяется по параметрам газа в начале и конце сжатия.