Принцип действия и работа поршневого компрессора

Рабочий процесс в поршневом компрессоре

Работа поршневого компрессора обусловлена чередованием процессов всасывания и нагнетания аналогично тому, как это происходит в поршневом насосе. Однако в поршневом компрессоре, во время нагнетательного хода поршня воздух сначала сжимается до величины давления в рабочей камере , необходимой для открытия выпускного клапана, а затем выталкивается поршнем в нагнетательный трубопровод через этот клапан. Кроме того, при движении поршня от крышки цилиндра давление в рабочей камере падает до давления рн не сразу, а лишь после того, как расширится газ, оставшийся к концу выталкивания в «мертвом» пространстве цилиндра. «Мертвое» пространство находится главным образом в клапанах и каналах, а также в небольшом зазоре между поршнем и крышкой.
На индикаторной диаграмме (рис. 1.1, а), точка "а" соответствует закрыванию впускного клапана, точка "Ь" — открыванию выпускного клапана, точка "с" — закрыванию выпускного клапана и "d" открыванию впускного клапана. Линия "da" соответствует всасыванию, "ab" — сжатию,  "be" — выталкиванию, "cd"— расширению остатка газа. Работа поршневого компрессораРис. 1.1. Рабочий процесс поршневого компрессора.

 

Изменение давлений всасывания и выталкивания, изображенное волнистыми линиями, вызывается изменением гидравлического сопротивления клапанов. В начале открывания впускного клапана из-за малого просвета щели происходит значительное падение давления (до точки М1). В начале нагнетания, по аналогичной причине, давление повышается (до точки М2). На большей части хода один из клапанов полностью открыт, но и при этом условии потери давления в клапане не постоянны, так как скорость газа в нем изменяется, следуя переменной скорости поршня. Поэтому даже при постоянном давлении во всасывающем и нагнетательном патрубках цилиндра линии всасывания и нагнетания индикаторной диаграммы отклоняются от горизонтальных прямых.
На индикаторной диаграмме отражаются также колебания давления в патрубках цилиндра, порождаемые пульсирующим характером потока газа.

Конечное рк и начальное рн давления, называемые номинальными, представляют собой средние интегральные по времени давления перед всасывающим и за нагнетательным, клапанами. Амплитуда колебания давления в патрубках в отдельных случаях достигает 25%  и более от номинального давления.

Линии сжатия и расширения являются политропами с переменным показателем политропы. Индикаторная диаграмма не отражает изменения температуры и направления теплового потока. Это наглядно показано на диаграмме Т—s (рис. 1, б). В начале сжатия (точка "a") температура газа ниже температуры стенок поршня и цилиндра. Процесс происходит с подводом тепла при показателе политропы большем, чем показатель адиабаты. При сжатии температура газа повышается, и направление теплообмена изменяется в момент, когда температура газа оказывается, выше температуры стенок, и он начинает отдавать тепло. Показатель политропы изменяется от n > k в начале сжатия до n > k в конце сжатия.

В период выталкивания отдача тепла от газа продолжается. Расширение газа начинается в точке "с" при температуре более низкой, чем температура конца сжатия, с отдачей тепла при n > k, пока температура газа не снизится до температуры стенок. Дальнейшее расширение газа сопровождается нарастающим подводом тепла к  газу,   и  процесс  протекает при снижающемся значении  n < k.

С увеличением скорости вращения вала, компрессора процессы сжатия и расширения приближаются к адиабатическим, так как влияние теплообмена проявляется слабее.

Обзор принципов действия и работы поршневого компрессора

Работа поршневого компрессора
Поршневой компрессор.
Работа и принцип действия.