10.5 Индикаторная диаграмма поршневого компрессора

Зависимость между давлением рабочего тела в цилиндре поршневого компрессора и занимаемым им в данный момент объемом может быть получена экспериментально с помощью прибора, называемого индикатором, а потому называется индикаторной диаграммой.

На индикаторной диаграмме идеального компрессора (рис. 10.10) л иния 4-1 изображает процесс всасывания рабочего тела, причем длина отрезка 4-1 соответствует рабочему объему цилиндра V₁. Линия 1-2 изображает процесс сжатия, а линия 2-3 – выталкивания рабочего тела в напорную камеру.

Л

Рисунок 10.10

Поршневой компрессор работает циклически, поскольку после всасывания, сжатия и выталкивания рабочего тела поршень возвращается в исходное положение, после чего указанная последовательность рабочих процессов повторяется. Однако рабочий цикл компрессора даже условно нельзя себе представить как круговой процесс, т. е. как термодинамический цикл, поскольку и всасывание и нагнетание происходят при неизменных параметрах рабочего тела, а изменяется лишь количество его в цилиндре. Одно лишь сжатие рабочего тела является термодинамическим процессом, поскольку при нем параметры рабочего тела изменяются, а количество его остается неизменным. В этом состоит коренное отличие индикаторной диаграммы от -диаграммы, в которой любая линия изображает собой тот или иной термодинамический процесс.

Рисунок 10.11

(рис. 10.11), называемый вредным пространством. В результате этого в процессе 2-3 не весь газ выталкивается из цилиндра, часть его остается и при обратном ходе поршня расширяется по линии 3-4, а всасывание начинается лишь от точки 4. В связи с этим производительность компрессора уменьшается. Действительно, хотя рабочий объем цилиндра, заключенный между крайними положениями поршня, равен V₁ объем всасываемого газа (т. е полезный объем цилиндра) составляет лишь V_h.

Отношение является важной характеристикой компрессора и называется его объемным к.п.д. Чем больше вредное пространство, тем меньшую величину имеет объемный к. п. д. Очевидно, чем выше конечное давление и, следовательно, чем меньший объем занимает газ в конце сжатия, тем большая доля его остается во вредном пространстве. В пределе, когда конечный объем газа уменьшается до V₀, производительность компрессора нулевой. В этом случае находящийся в компрессоре газ просто сжимается во вредном пространстве, а при расширении опять заполняет весь цилиндр.

Исходя из этих соображений, а также учитывая недопустимость повышения температуры в конце сжатия выше 200 °С из-за возможного коксования и даже воспламенения смазки, повышения давления сверх семикратного в одноступенчатых поршневых компрессорах не допускают.

Помимо вредного пространства па характер индикаторной диаграммы реального компрессора влияют и другие факторы, в основном сопротивление всасывающего и напорного клапанов, которое приводит к тому, что линия всасывания располагается несколько ниже изобары p₁, а линия нагнетания – несколько выше изобары р₂ (рис. 10.12). Л егко понять, что этим увеличивается затрата технической работы (измеряемой площадью индикаторной диаграммы) по сравнению с идеальным компрессором.

Рисунок 10.12