Устройство и принцип действия поршневого компрессора

На судах наиболь­шее распространение получили компрессоры поршневого типа, одна из конструкций которого показана на рис. 11.15.

Рис. 11.15. Конструкция поршневого компрессора

Принцип действия поршневого компрессора состоит в следующем.

Процесс сжатия воздуха или газа в цилиндре компрессора изображается диаграм-

мой, которая показы­вает, как изменяется давление в цилиндре в зависимости от движения поршня. Такие зависимости принято называть индикаторными диаграм­мами.

На рис. 11.16 показана индикаторная диаграмма поршневого ком­прессора.

Рис. 11.16. Индикаторная диаграмма поршневого компрессора:

I – изотерма; II – политропа; III - адиабата

Различают теоретические и действительные диаграммы.

Рассмотрим процесс сжатия воздуха по теоретической диаграмме, не учитывающей ряд действительных факторов, сопровождающих про­цесс сжатия на практике.

При движении поршня воздух поступает в цилиндр при давлении р , это характе-

ризуется прямой р - 2.

При движении поршня в обратном направлении закрывается всасывающий клапан и начинается сжатие воздуха.

Если процесс сжа­тии происходит без отвода тепла в окружающую среду - адиаба-

тический процесс, то процесс сжатия будет происходить по кривой III.

В случае сжатия воздуха при постоянной температуре (при интенсив­ном отводе тепла от сжимаемого воздуха) - изотермический процесс, процесс сжатия протекает по кривой 1. На практике производится лишь частичный отвод тепла и поэтому процесс является политропическим (кривая II).

При достижении давления в цилиндре р открывается нагнетательный клапан и воз

дух из цилиндра переходит в ресивер, служащий аккумулятором сжатого до давления р воздуха. (прямая 3 - р ).

Пло­щадь диаграммы представляет собой теоретическую работу сжатия воздуха в течение цикла.

Действительная диаграмма значительно отличается от теоретиче­ской.

При нахождении в крайнем положении поршень не доходит до конца и между ним и крышкой остается вредное (мертвое) пространст­во объемом V , в котором находится сжатый воздух с давлением р .

Поэтому на участке 4 – 1 при перемещении поршня происходит расши­рение остав

шегося во вредном пространстве воздуха, давление кото­рого уменьшается от значения р до р .

В точке 1' открывается вса­сывающий клапан и до точки 2 происходит всасывание при давлении, несколько меньшем р из-за потерь при прохождении воздуха через всасы-

вающий клапан.

При обратном движении поршня с точки 2 начинается сжатие воздуха по кривой II, так как только часть выделив­шейся теплоты при сжатии воздуха отводится в систему охлаждения компрессора (политропический процесс).

Выталкивание сжатого воз­духа из цилиндра в ресивер происходит при давлении, несколько боль­шем р (кривая 3 - 4), что обусловлено сопротивлением движению воз­духа через нагнетательный клапан.

Площадь действительной индикаторной диаграммы (заштрихован­ная площадь) бу-

дет меньше теоретической. Эта площадь характеризу­ет работу А , совершаемую компрес

сором за цикл.

Среднее давление за цикл может быть определено по выражению

р = = , (11.20)

где V = V - V - объем воздуха, всасываемого за цикл при давлении р .

Средняя подача компрессора (м / с)

Q = F S ω η , (11.21)

где z – коэффициент кратности действия (z = 1, 2, 3 …);

F - площадь поршня, м ;

S – ход поршня, м;

ω – угловая скорость электродвигателя, рад / с;

η - объемный КПД компрессора.

На рис. 11.17 а, б показано изменение подачи для компрессора простого и двойного

действия.

Рис. 11.17. Изменение подачи поршневого компрессора: а – простого действия; б – двойного действия

Компрессоры простого действия характе­ризуются большой неравномерностью хо-

да. Для выравнивания гра­фика нагрузки на вал таких компрессоров обычно устанавливает

ся маховик.

Мощность одноступенчатого компрессора (кВт)

Р = , (11.22)

где А - работа, Дж;

Q - cредняя подача компрессора, м / с;

V - объем воздуха, всасываемого за цикл при давлении р , м ;

η - КПД компрессора.

Для z- ступенчатого компрессора индикаторная диаграмма оказы­вается составлен-

ной из z частей, соответствующих всем ступеням

Для компрeccopa двойного действия мощность, полученная по вы­ражению для од-

ноступенчатого компрессора (см. выше), удваивается.