Коэффициент наполнения(КН)

Глава3.

1. Поршневые компрессоры могут быть разделены на два обширных типа: бескрейцкопфные и крейцкопфные. Бескрейцкопфные компрессоры малой производительности отличаются простотой конструкции, имеют лучшие массогабаритные характеристики, вследствие чего помимо использования в стационарных условиях они получили широкое распространение в передвижных и транспортных установках, где требования компактности и малой массы особенно существенны. Этот тип компрессоров выполняется с тронковыми и дифференциальными поршнями. Площадь поверхности поршня, обращенная к картеру, остается нерабочей при тронковом поршне, а при дифференциальном — она может быть использована лишь частично. Роль крейцкопфа в бескрейцкопфных компрессорах выполняет сам поршень, через него на стенки цилиндра передается нормальная составляющая поршневой силы. Последнее ведет к повышенному износу поршня и цилиндра и росту утечек газа через поршневое уплотнение, которые поступают в картер. При сжатии токсичных и взрывоопасных газов необходимо принимать специальные меры (делать картер герметичным с уплотненным выводом вала) для предотвращения попадания газа в машинный зал. В бескрейцкопфных компрессорах для смазки цилиндров и механизма движения используют компрессорные масла, обладающие достаточной вязкостью при высокой температуре стенок рабочей камеры, но излишне вязкие для механизма движения, что ведет к дополнительным затратам работы на механическое трение. Бескрейцкопфные компрессоры уступают крейцкопфным по потерям на трение, кроме того, при равных производительностях они имеют большие диаметры поршней. Основные преимущества бескрейцкопфных компрессоров — малая масса и габаритные размеры. С экономической точки зрения область их рационального применения ограничивается мощностью 40—50 кВт. Более крупные компрессоры целесообразно выполнять крейцкопфными.Поршневые компрессоры по расположению осей цилиндров в пространстве подразделяются на вертикальные, горизонтальные и угловые. Наиболее распространены угловые компрессоры с осями цилиндров, симметричными вертикали (У- и Ш-образные), и вертикально-горизонтальные (П-образные или прямоугольные).

2. Мертвое пространство поршневого компрессора представляет собой объем, заключенный между клапанами и днищем поршня в момент нахождения его в верхней, мертвой точке.
Основной причиной существования мертвого пространства является линейный зазор между днищем поршня и клапанной доской (не менее 0;01 диаметра цилиндра),предназначенной для компенсации удлинения поршня и шатуна при их нагревании, а также возможной неточности, допущенной при изготовлении деталей и сборке компрессора. В мертвое пространство входит также объем углублений и отверстий клапанов и объем кольцевого зазора между стенкой цилиндра и поршнем (до первого кольца).
В быстроходных компрессорах объем мертвого пространства составляет от 3 до 5% объема цилиндра. В современных малых герметичных компрессорах объем мертвого пространства снижен до 2%. Расширение паров, остающихся в мертвом пространстве цилиндра, уменьшает объем всасывания, а следовательно, и производительность компрессора. Чем больше объем мертвого пространства, тем значительнее снижение действительной производительности компрессора. Поэтому мертвое пространство называют иногда «вредным» пространством.

3. Объемной производительностью компрессора называется объём газа, нагнетаемого в единицу времени, например в секунду, замеренной на выходе из компрессора, но пересчитанной на условия всасывания, т.е. на давление и температуру во всасывающем патрубке цилиндра I ступени. При пересчёте учитывается отношение сжимаемости газа и добавляемый объём пара, соответствующий выделившейся влаге. Объёмная производительность компрессора весьма зависит от внешних условий: температуры всасываемого газа, его давления и влажности, т. е. от его состояния и является параметром, характеризующим компрессор. Массовая производительность находится умножением объёмной на плотность всасываемого газа.

4. При рассмотрении идеального цикла поршневого компрессора принимают следующие допущения:

1. Отсутствуют сопротивления движению потока газа (в том числе и в клапанах).
2. Давление и температура газа во всасывающей и нагнетательной линиях постоянны.
3. Давление и температура газа в период всасывания, так же как и в период выталкивания газа из цилиндра, не меняются.
4. Мертвое (вредное) пространство в цилиндре компрессора отсутствует.
5. Нет потерь мощности на трение и нет утечек газа.

 

 

5. Индикаторная диаграмма идеального цикла представлена на рис. 3.2. Процесс сжатия газа поршнем характеризуют кривые 1-2. При изотермическом процессе это будет кривая 1-2"', при адиабатическом 1-2", а при политропическом 1-2 или 1-2". Рассматривая политропический процесс 1-2, видим, что за этот период цикла, объем газа уменьшится с V₁ до V₂, давление изменится от р₁ до р₂, а температура - от Т₁ до Т₂. Далее идет нагнетание газа в трубопровод 2-3. Давление и температура газа остаются в этот период неизменными (р₂ и Т₂). Весь объем газа V₂ переходит в нагнетательный трубопровод. За период 3-4 в цилиндре снижается давление до давления во всасывающем трубопроводе (р₁) закрывается нагнетательный клапан и с началом движения поршня вправо открывается всасывающий клапан. Период всасывания характеризуется линией 4-1. Здесь давление и температура газа равны р₁ и Т₁, в цилиндр поступает объем газа, равный V₁.

Рис. 3.2. Индикаторная диаграмма идеального цикла компрессора простого действия

 

6. В действительном компрессоре имеются гидравлические потери при движении воздуха через клапаны, представляющие местные сопротивления, и трубопроводы. Таким образом, воздух в цилиндре во время всасывания будет иметь меньшее давление, чем во всасывающем патрубке, что скажется на производительности и мощности компрессора. Во время процесса нагнетания за счет потерь давления в нагнетательных клапанах давление газа в цилиндре будет больше, чем давление газа в нагнетательном патрубке. Гидравлические потери во всасывающих и нагнетательных клапанах приводят к уменьшению производительности и увеличению потребляемой компрессором мощности. Потери давления на гидравлические сопротивления в клапанах будут непостоянными в течение хода движения поршня, так как скорость протекания воздуха в клапанах будет переменна и будет зависеть от переменной скорости поршня.

 

Коэффициент наполнения(КН)

КН – отношение массы смеси, поступившей в цилиндр в такте впуска, к массе смеси, которая могла бы заполнить цилиндр в идеальном случае (теоретически). КН показывает, насколько идеально работает двигатель. КН=1 если количество смеси, поступающей за 1 такт впуска в цилиндр максимально, КН<1 если количество смеси, поступающей за 1 такт впуска в цилиндр, меньше максимально возможного.

Объемный коэффициент отражает степень полноты использования объема цилиндра

 

8. Индикаторной мощностью называетс я внутренняя мощность, затрачиваемая на осуществление действительного процесса. Она учитывает все затраты энергии на всасывание, сжатие, нагнетание и обратное расширение газа и не учитывает затраты энергии на преодоление механического трения в контактных парах (поршень-цилиндр, шток-сальник и т.п.), в подшипниках,. пальцах и др. Для определения индикаторной (внутренней) мощности работающего компрессора служат индикаторные диаграммы, записанные индикатором для каждой полости цилиндров всех ступеней. Индикаторная мощность компрессора является суммой индикаторных мощностей всех полостей, в которых происходят рабочие процессы, т.е. Nтнд.к = å Ni

 

10. В поршневых компрессорах сжатие является недостаточным вследствие сжимаемости подлежащей компрессии среды в зоне низкого давления, которая может содержать несколько ступеней сжатия, поскольку как раз при всасывании в области атмосферного давления необходимы очень большие объемы поршней, соответственно цилиндров. Такие большие цилиндры являются, с одной стороны, технически проблематичными из-за неблагоприятного соотношения хода к внутреннему диаметру (поскольку ход поршней всех компрессорных ступеней обычно одинаков, а диаметр цилиндра в различных ступенях сжатия изменяется), и с другой стороны, это приводит к очень высокой стоимости вследствие величины клапанов, поршневых колец и т.д.

Многоступенчатое сжатие вызывается необходимостью ограничить температуру сжимаемого газа. В воздушных компрессорах возникает опасность воспламенения и взрыва масляного нагара, накапливающегося в трубопроводах, на крышках компрессоров и поверхностях клапанов, поэтому температура нагнетаемого воздуха не должна превышать 453К