Вопрос 3.4. Индикаторная диаграмма реального рабочего процесса компрессора

Реальный цилиндр компрессора отличается от идеального преж­де всего наличием вредного пространства. В этом пространстве оста­ется некоторый объем сжатого газа после окончания процесса вытес­нения его в нагнетательный трубопровод. В реальном компрессоре пространство это обусловлено полостью цилиндра, ограниченной с одной стороны его торцом, а с другой - торцом и уплотнениями поршня (см. рис. 3.1, объем от торца цилиндра до сечения АА), поло­стями клапанной коробки и каналов у всасывающего и нагнетатель­ного клапанов.

Вторым отличием является изменение давления, объема и темпе­ратуры газа из-за затрат энергии на преодоление сопротивлений по­току газа в клапанах и каналах и непостоянного режима теплообмена газа в результате контакта с окружающими его деталями и смешения газа, поступающего в цилиндр, с газом, заполняющим вредное про­странство.

Рассмотрим подробнее реальный рабочий цикл компрессора.

Процесс сжатия газа в цилиндре соответствует линии 1-2 на инди­каторной диаграмме (рис. 3.3). В начальный момент сжатия относи­тельно холодный газ получает тепло от нагретого цилиндра, вследствие чего процесс идет с подводом тепла к газу, и политропа отклоняется

-85-

вправо от политропы идеально­го процесса (пунктирная ли­ния). В конце процесса сжатия газа температура его повышает­ся и становится больше темпе­ратуры цилиндра и клапанов, и процесс сжатия идет с отводом тепла от газа. Политропа на этом участке отклоняется влево от политропы идеального про­цесса. Эти явления приводят к тому, что показатель реальной политропы процесса сжатиягаза становится переменным, и расчет процесса надо вести по условному эквивалентному показателю политропы.
Понижение давления в цилиндре против давления во всасываю­щей линии (см. рис. 3.3, точка 1), в начале сжатия обусловлено со­противлением потоку газа во всасывающем клапане. Повышение дав­-
ления против давления в нагнетательном трубопроводе (точка 2) в конце сжатия обусловлено усилиями, затрачиваемыми на открытие нагнетательного клапана (сопротивление пружин клапана и инерция масс деталей клапана, приводимых в движение при его открытии).

Процесс нагнетания соответствует линии 2-3. Повышенное, про­тив идеального процесса, давление нагнетания обусловливается со­противлениями потоку газа в нагнетательном клапане и подводящих каналах. Некоторая волнистость линиинагнетания обусловливается непостоянством сопротивлений потоку газа из-за изменений скорос­тей поршня и газа, пульсацией давления в газопроводе и вибрацией клапанных пластин.

За процессом нагнетания в реальном цилиндре идет процесс рас­ширения газа, оставшегося в мертвом (вредном) пространстве под давлением р₂" (линия 3-4). Объем вредного пространства V_м. Газ рас­ширяется, снижая давление от р₂" до р₄ и увеличивая свой объем до V₄. При этом поршень движется вправо. Процесс расширения закан­чивается при открытии всасывающего клапана. Давление в цилинд­ре при этом будет ниже, чем во всасывающем трубопроводе, за счет усилий, затрачиваемых на открытие всасывающего клапана.

Процесс расширения газа идет вначале с отбором тепла от сжато­го газа, а затем с подводом тепла к газу, и потому показатель политро­пы будет не постоянен (так же как и при сжатии газа).

За процессом расширения идет всасывание газа (линия 4-1).

-86-

Давление в цилиндре при этом будет ниже давления в подводя­щем трубопроводе за счет сопротивления движению потока газа в клапане и каналах.

Колебание давления всасывания в цилиндре обусловлено теми же явлениями, которые наблюдаются и при нагнетании газа.

Работа, затрачиваемая на сжатие газа, в реальном цикле опреде­ляется площадью индикаторной диаграммы 1-2-3-4 (см. рис. 3.3). Сняв с цилиндра работающего компрессора индикаторную диаграм­му, замеряют ее площадь (планиметром) и при известном масштабе объема и давления находят индикаторную работу (L_инд).

Работа затрачиваемая на сжатие газа в объем вредного простран­ства (см. рис. 3.3, площадь 3—3'—4’), возвращается при его расшире­нии и в замеряемую площадь не входит. При расширении газ давит на поршень, за счет чего и возвращает накопленную энергию.

Работа L_инд включает заштрихованные участки 1'-2-3 и 1-4'-4. Эти участки увеличивают работу, затрачиваемую в полном реальном цикле, по сравнению с работой в идеальном цикле.