14.3. Определение количества теплоты, отведенной от газа при различных процессах сжатия

Изобразим процессы сжатия в – диаграмме, рис. 46.

Рисунок 46 – Процессы сжатия газа в компрессоре.

Количество отнимаемой от газа теплоты при изотермическом сжатии ( ) эквивалентно площади а2’1с. Отводимая теплота в политропном процессе ( ) эквивалентна площади b21с. Из сопоставления, следует, что в изотермическом процессе отводится больше теплоты. При адиабатном сжатии теплота не отводится.

В случае изотермического сжатия

или

С учетом массовой производительности , отводимая теплота составит

Поскольку , имеем

где – объемный расход газа, .

В случае политропного сжатия

Учитывая, что в политропном процессе

После подстановки в последнее уравнение и некоторых преобразований получаем

С учетом производительности

или

Осуществить изотермическое сжатие в реальном компрессоре нельзя из-за ограниченных возможностей теплопередачи от сжимаемого в цилиндре газа к охладителю. Наиболее эффективно водяное охлаждение, когда вода пропускается через водяную рубашку цилиндра компрессора. Но и при водяном охлаждении показатель политропы сжатия воздуха .

Применяется также воздушное охлаждение. Воздухом обдувается наружная поверхность цилиндра, площадь которой увеличивается оребрением. При воздушном охлаждении сжатие идет по политропе с показателем близким к показателю адиабаты . Воздушным охлаждением отводится в основном теплота, выделяемая вследствие трения подвижных частей компресссора.

При неизотермическом сжатии температура газа возрастает, что приводит к нагреванию поршня и цилиндра. Разогрев трущихся деталей ограничен максимально допустимой температурой работы системы смазки.

Как отмечалось ранее, наличие в реальных компрессорах «мертвого» пространства влияет на производительность тем больше, чем выше степень повышения давления. Таким образом, степень повышения давления газа в одноступенчатом компрессоре ограничена по условиям теплового режима работы и необходимостью уменьшения уровня влияния «мертвого» пространства.

Для сжатия газов до необходимого на практике высокого давления применяются многоступенчатые компрессоры.