Газовые поршневые компрессоры. Расчет работы сжатия. Характеристики одно- и многоступенчатых компрессоров. Потери на сжатие

Компрессоры предназначаются для сжатия газообразных рабочих тел. На осуществление обратного цикла, по схеме которого работают компрессоры, расходуется механическая работа.

Одноступенчатый компрессор

Давление р₃=р₂ и температура Т₃=Т₁.

Процесс сжатия в компрессоре в p-v и T-s координатах имеет вид:

где А-1 – линия всасывания; 1-2 – процесс сжатия газа; 2-В – линия нагнетания сжатого газа в баллон; (-L) – работа, затрачиваемая на привод компрессора.

На диаграмме T-s работа, затрачиваемая на привод компрессора равна площади F23EF.

Линия А-1 и 2-В не изображают термодинамические процессы в координатах р[Па]-V[м³], так как количество рабочего тела на них переменно. При этом удельные параметры состояния газа (p, v, T) практически не изменяются. Основной характеристикой компрессора является степень повышения давления П=р₂/р₁. Для одноступенчатого компрессора П=8-12. Величина П=р₂/р₁ для одноступенчатого компрессора ограничивается максимальной температурой в конце процесса сжатия Т_2max (300⁰C) из-за опасности возгорания масла и наличием вредного (мертвого) пространства между поршнем компрессора и днищем цилиндра из-за размещения в нем клапанов (всасывающего и нагнетательного), что учитывается объемным кпд компрессора , где V – фактический объем всасываемого газа. Для реальных компрессоров (всегда). Влияние вредного пространства на степень повышения давления в одноступенчатом компрессоре проиллюстрируем следующим рисунком:

где процесс В₁-А₁ – это процесс расширения газа, оставшегося во вредном пространстве; т.А₁ – фактическое начало всасывания газа. С ростом давления р₂ объемный кпд компрессора уменьшается и при фактический объем всасываемого газа равен нулю ( ) и .

При расчете работы на привод компрессора принимается, что процесс сжатия газа – равновесный, вредное пространство отсутствует и потерями давления на всасывание и нагнетание газа можно пренебречь. Тогда цикл компрессора будет иметь вид:

Механическая работа, затрачиваемая в одноступенчатом компрессоре на сжатие 1 кг газа, равна:

 

,

 

или , или , где показатель политропы .

При медленном сжатии (изотерма). При очень быстром сжатии (адиабата). Работа при адиабатном сжатии равна

 

.

 

При изотермическом сжатии работа равна:

 

.

 

Сжатие в многоступенчатом компрессоре

При расчете работы на привод многоступенчатого компрессора принимается, что Т₂=Т , т.е. что температура газа в конце процесса сжатия в каждой ступени одинакова, и что работа сжатия в каждой из ступеней компрессора одинакова, т.е. l₁=l₂=l₃=l_ц/3, где 3 – число ступеней компрессора в рассматриваемом примере. Каждая ступень работает в одном и том же интервале температур от Т₁ до Т₂, как показано на следующей схеме:

При этом в каждой ступени имеет место один и тот же политропический процесс сжатия:

 

, и т.д.,

 

где П₁=П₂=П₃=П. Тогда р₂=Пр₁, р =П²р₁, р =П³р₁ и т.д.

При этом конечное давление в многоступенчатом компрессоре с числом ступеней N будет равно:

 

.

 

Тогда для трехступенчатого компрессора (N=3) работа, затраченная на сжатие газа, будет равна:

 

,

 

а для произвольного числа ступеней N будем иметь следующее выражение:

 

.