// //
Дом arrow Научная литература arrow Компрессоры arrow Лекция №8 Линии сжатия и расширения, показатели политропы
Лекция №8 Линии сжатия и расширения, показатели политропы

Лекция №8

 

Линии сжатия и расширения, показатели политропы.

 

В начале процесса сжатия температура стенок рабочей полости выше температуры газа, и тепло передается от стенок к газу. Процесс сжатия происходит с подводом тепла, т.е. показатель политропы П > К на этом участке. По мере поышения давления сжатия температура газа возрастает, а количество тепла, передаваемое от стенок к газу, уменьшается. Уменьшается и показатель политропы сжатия.

Когда температура газа и стенок станет одинаковой, нагрев газа от стенок прекратится и П будет равен К. При дальнейшем повышении давления температура газа становится выше температуры стенок и начинается теплоотдача от газа к стенке. В этот период сжатия процесс идет с отводом тепла и показатель политропы сжатия на этом участке меньше показателя адиабаты П < К.

Рис.Лекция №8 Линии сжатия и расширения, показатели политропы

Если имеются неплотности в нагнетательных клапанах, то газ из нагнетательного патрубка будет в процессе сжатия протекать в рабочую полость и давление в ней будет повышаться не только вследствие уменьшения объема рабочей полости, но и в связи с увеличением весового количества газа в ней. При этом линия сжатия на индикаторной диаграмме будет отклоняться вправо.

Отклонения линии сжатия вправо вызывается двумя причинами: увеличением весового количества газа в цилиндре и повышением показателя политропы вследствие притока тепла с газом из нагнетательного патрубка. В цилиндрах двухстороннего действия и с дифференциальными поршнями происходит перетекание газа через зазоры уплотнений поршней из рабочей полости, в которой происходит сжатие и нагнетание, в полость, где происходит всасывание.

Перетекание, уменьшающее количество газа в рабочей камере в процессе сжатия, отклоняют линию сжатия влево, изменяя конфигурацию этой линии аналогично случаю уменьшения показателя политропы сжатия.

Аналогичные сложные явления, которые отклоняют линию процесса, имеют место и при расширении газа, оставшегося в мертвом пространстве. Разница заключается лишь в том, что в данном случае подсос газа и подвоз тепла делают кривую процесса более пологой.

Т.к. количество газа, оставшееся в мертвом пространстве, сравнительно мало, а относительная величина теплопередающей поверхности велика, то в начале процесса расширения, когда тепло отводится от газа, линия расширения круто опускается вниз. Этому способствует и вытекание газа из рабочей полости через уплотнения поршня и всасывающие клапаны. Количество вытекающего газа будет небольшим в начале процесса расширения, когда давление газа в цилиндре велико. Относительная величина их больше, чем при сжатии.

Выразить аналитически линию процесса сжатия и расширения в виде уравнений, охватывающих влияние всех факторов, не представляется возможным. По этой причине при исследовании работы компрессоров заменяют линии сжатия и расширения политропами с постоянными показателями.

Если связывают уравнением политропического процесса давления и объемы газа в начале и конце процесса (например, давления и объемы в точках 1 и 2 диаграммы), то политропу, проходящую через эти две точки, называют политропой конечных параметров. Показатель ее обозначают Пк. (*)

В том случае, если необходимо связать законом политропического процесса давления и температуры газа в этих точках, то показатель политропы обозначают Пt.

При вычислении индикаторных работ вводят эквивалентную политропу, дающую площадь индикаторной диаграммы, равную действительной.

Условимся обозначать показатель эквивалентной политропы сжатия Пс, а расширения Пр.

Величины показателей политроп выбираются по опытным данным.

Величина эквивалентного показателя политропы Пс в нормально работающих поршневых компрессорах с охлаждением стенок цилиндров и их крышек проточной водой при Ец = 3÷6 лежит  пределах

 

Пс = (0,92 ÷0,98)×К     

                                                  Псэ = (0,92 – 1,0)×К

 

На величину показателя политропы сжатия Пс влияют следующие факторы:

1.       Увеличение интенсивности охлаждения стенок цилиндров ведет к уменьшению Пс.

2.       Рост количества утекающего газа из рабчей полости в процессе сжатия уменьшает Пс.

3.       Увеличение размеров цилиндра уменьшает влияние внешнего теплообмена. Показатель политропы при этом приближается к показателю адиабаты. Это объясняется тем, что при увеличении размеров машины количество газа в ней пропорционально кубу размеров, а охлаждающая поверхность и протечки – пропорционально квадрату их.

Следовательно, количество тепла, отведенное или подводимое к каждому килограмму газа за время сжатия, и относительная величина протечек уменьшаются пропорционально линейным размерам цилиндра.

4.       С ростом числа оборотов вала компрессора показатель политропы также стремится к показателю аднабаты, т.к. влияние теплообмена и протечек при этом уменьшается.

5.       Нарушение герметичности нагнетательных клапанов увеличивает показатель политропы.

В процессе расширения газа в рабочей камере температура его резко падает, и в теплообмене превалирует подвод тепла к газу от стенок цилиндра. Это приводит к тому, что Пр < Пс. Для практических расчетов можно принимать

 

Пр (0,94 ÷ 0,98)×Пс

Прэ = (0,94 - 1,0) ×Псэ

Лекция №8 Линии сжатия и расширения, показатели политропы

Здесь представлено условное изображение действительного рабочего процесса поршневого компрессора в диаграмме Т-S. Условность заключается в том, что диаграмма Т-S относится к 1кг газа, тогда как в рабочем процессе компрессора количество газа изменяется. Точка 1’ характеризует состояния газа во всасывающем патрубке компрессора, а точка 1- состояние газа в рабочей полости компрессора в конце всасывания и начале сжатия. Линия 1’-1 изображает изменение состояния газа в процессе всасывания, при котором происходит понижение его давления от Р1 до Рц1 , повышение температуры от Т1 до Тц1 и увеличение энтропии. Линия 1-5-2 изображает изменение состояния газа при его сжатии, когда давление и температура увеличивается от Рц1 и Тц1 до Рц2 и Тц2. На участке 1-5 энтропия возрастает, процесс протекает с подводом тепла к газу от стенок рабочей полости (К > Пс

 

Мертвое пространство и его влияние на производительность компрессора.

Лекция №8 Линии сжатия и расширения, показатели политропы

На диаграмме   представляет собой в масштабе диаграммы объем мертвого пространства в данной рабочей камере. Он складывается из:

1.         Vм1 – пространство между поверхностью поршня, находящегося в мертвой точке, и поверхностью крышки. Зазор «б» предохраняет поршень от удара в крышку цилиндра.

 

                                           Vм1  =

 

2.         Vм2 – объем пространства между боковыми поверхностями цилиндра и поршня на длине

 

Vм2 =

           

3.         Vм3 – мертвое пространство, образующееся под клапанами рабочей полости компрессора.

 

4.         Vм4 – прочие мертвые пространства, из которых газ не может быть вытеснен при нагнетании поршнем.

 

= Vм1  + Vм2  + Vм3 + Vм4

 

В объеме газ с давлением Р3 остается невытесненным в период нагнетания. При обратном движении поршня этот газ расширяется и занимает объем V4, который исключается из общего объема всасывания.

В точке 4 диаграммы давление газа равно давлению в конце процесса всасывания, т.е. в точке 1.

Уменьшение производительности вследствие влияния мертвого пространства учитывается объемным коэффициентом

 

                                  

 

Величина _

 

Из диаграммы следует:

= Vh + Vм – V4

 

где Vh – объем, описываемый поршнем за один ход;

-  объем всасываемого газа при параметрах, соответствующих концу   процесса всасывания.

Проедем через точки 3 и 4 диаграммы политропу конечных параметров линии расширения. Тогда

 

Р3V3пк = Р4 V4 пк, где

 

Пк – показатель политропы конечных параметров.

Решим это уравнение относительно V4

 

Лекция №8 Линии сжатия и расширения, показатели политропы

 

Заменим в уравнении  величину  ее выражением

 

Vв = Vh + Vм – V4

Учитывая, что V3 = Vм, получим

 

Лекция №8 Линии сжатия и расширения, показатели политропы

Обозначим     Лекция №8 Линии сжатия и расширения, показатели политропы   = а        -       относительная величина мертвого

                                                  пространства.

 

Р4 = Рц1 – давление газа в конце процесса всасывания

Рц3 = Р2+

где - потери давления в нагнетательных клапанах; в конце процесса нагнетания эти потери близки к нулю, т.к. скорость газа в щели клапана стремится к нулю;

Рц3 = Рц2

 

Лекция №8 Линии сжатия и расширения, показатели политропы

Лекция №8 Линии сжатия и расширения, показатели политропы

 

Контакты

115419, г. Москва, ул. Шаболовка, д. 34, стр. 3.



Просьба заранее предупредить о приезде, т.к. специалисты распределены по объектам




info@masterbetonov.ru




ООО «Стройсервис» работает на рынке строительного производства c 1992 года.
Основной ценностью для нашей компании являются клиенты, поскольку единственный реальный актив компании — это люди, удовлетворенные нашей работой, которые еще раз захотят воспользоваться нашими услугами. Мы стремимся сделать своих клиентов своими партнерами.