Реальный (действительный) поршневой компрессор

Индикаторная диаграмма реального компрессора (действительная индикаторная диаграмма).

т. d – момент открытия всасывающего клапана;

т. b – момент открытия нагнетательного клапана;

т. a – момент закрытия всасывающего клапана;

т. c – момент закрытия нагнетательного клапана;

da – процесс всасывания;

ab - процесс сжатия;

bc - процесс нагнетания;

cd - процесс обратного расширения газа из мертвого (вредного) объема.

Основные отличия действительного поршневого компрессора от идеального.

1) В реальном поршневом компрессоре поршень никогда не доходит до крышки цилиндра вплотную, поэтому в крайнем положении поршня остается объем газа высокого давления между крышкой цилиндра и поршнем V₀, который называется вредным («мертвым») объемом. Из-за наличия этого объема в индикаторной диаграмме компрессора появляется дополнительный процесс расширения газа из этого объема от давления нагнетания до давления всасывания cd. При этом уменьшается объем газа, который всасывается компрессором через всасывающий клапан, что приводит к снижению производительности компрессора.

2) В реальном поршневом компрессоре существуют потери давления при течении газа через всасывающие и нагнетательные клапаны, а также запаздывание срабатывания этих клапанов из-за инерции движущихся частей, поэтому давления открытия и закрытия клапанов в реальном компрессоре не соответствуют давлениям р₁ и р₂ на индикаторной диаграмме идеального компрессора.

3) В процессах всасывания, сжатия и нагнетания газа в реальном компрессоре происходит теплообмен между стенками рабочей камеры и газом. Поэтому процесс сжатия происходит с переменным показателем политропы: в начале процесса сжатия идет подвод теплоты к газу и n>k, в конце процесса сжатия - отвод теплоты от газа и n<k.

4) Газ имеет разные температуры и давления в разных точках рабочей камеры.

5) Имеются потери на трение (например, поршневых колец о цилиндр; при протекании газа через клапаны), которые подогревают газ и вызывают дополнительные затраты мощности.

Перечисленные выше отличия действительного поршневого компрессора от идеального приводят к уменьшению объема всасываемого газа, то есть производительности компрессора, и увеличению потребляемой компрессором мощности.

Так как реальный процесс сжатия происходит с переменным показателем политропы, то вводится условный постоянный показатель политропы n_усл= . Этот показатель политропы учитывает как потери на трение, так и теплообмен с окружающей средой. Он может быть определен из опытных данных с использованием уравнения политропного процесса: . Откуда

и

Удельная работа компрессора, затрачиваемая на сжатие газа:

- из 1-го закона термодинамики для открытой термодинамической системы

;

- из закона сохранения механической энергии

.

Величина потерь на трение l_тр, т.е. энергия диссипации , учитывается гидравлическим (политропным) КПД:

.

Тогда потери удельной работы за счет диссипации энергии в процессе сжатия, Дж/кг

Эффективность работы реального компрессора оценивается также относительным внутренним КПД, представляющим собой отношение работы, затраченной на сжатие газа в идеальном процессе сжатия l_ид, к работе, затраченной на сжатие газа в действительном процессе сжатия l_к

.

Этот КПД учитывает не только потери на трение, но и потери, связанные с разогревом газа в процессе сжатия, то есть полные потери удельной работы за счет внутренней необратимости процесса сжатия, Дж/кг

.

С другой стороны эти потери равны

.

Из последних двух уравнений получаем выражение для :

.

Тогда потери мощности в результате дополнительного разогрева газа в процессе сжатия за счет диссипации энергии, Вт

,

где - мощность, потребляемая компрессором.

Мощность привода компрессора

, Вт,

где η_мех - механический КПД (учитывает потери на механическое трение в подшипниках, передачах, на привод вспомогательных механизмов);

η_об - объемный КПД (учитывает потери из-за утечек газа в окружающую среду).

Для характеристики охлаждаемых компрессоров в качестве идеального, энергетически совершенного равновесного процесса принимают изотермический процесс сжатия и используют изотермический КПД

,

где l_из – удельная работа обратимого равновесного сжатия в изотермическом процессе

.

Изменение удельной энтропии в процессе сжатия в действительном и изотермическом процессах сжатия, Дж/(кг∙К)

.

Уравнение 1-го закона термодинамики для открытой термодинамической системы используется для расчета системы охлаждения газа. Из этого уравнения следует, что отводимый в систему охлаждения тепловой поток равен

, Вт.

Этот тепловой поток от газа передается жидкости в системе охлаждения

– ,

где G_ж – массовый расход жидкости в системе охлаждения, кг/с;

с_ж – массовая теплоемкость жидкости, Дж/(кг∙К);

i_1ж, i_2ж – удельная энтальпия жидкости на входе и выходе системы охлаждения, Дж/кг;

Т_1ж, Т_2ж – температура жидкости на входе и выходе системы охлаждения, К;

Δ Т_ж – подогрев жидкости в системе охлаждения.

Дата добавления: 2015-07-11