Название: Техническая термодинамика - Методические указания (Ю.И. Шаров)

Жанр: Технические

Просмотров: 1202


       1.1. одноступенчатый компрессор

 

Компрессором называется [1] установка для сжатия газов. Конструктивно компрессоры подразделяются на объемные (статического сжатия за счет уменьшения объема газа) и лопаточные (динамического сжатия за счет преобразования кинетической энергии движущегося газа в потенциальную энергию давления). Так как с термодинамической точки зрения процессы в объемных и лопаточных компрессорах не отличаются, рассмотрим их на примере поршневого компрессора (рис. 1.1).

В цилиндре 2 движется поршень 1, совершающий возвратно-поступательное движение. При движении поршня вправо происходит всасывание газа 4-1 через открытый всасывающий клапан 3, при практически постоянном давлении p1. После того как поршень дойдет до крайнего правого положения (нижней мертвой точки), процесс всасывания заканчивается, клапан 3 закрывается и поршень начинает двигаться влево. Происходит сжатие газа 1-2. Когда давление газа в цилиндре достигает значения, несколько превышающего давление в баллоне сжатого газа (ресивере), нагнетательный клапан 4 открывается и происходит нагнетание 2-3 сжатого газа в ресивер. Дойдя до крайнего левого положения (верхней мертвой точки), поршень вновь начинает двигаться вправо и процесс повторяется.

В PV-диаграмме на рис. 1.1 показаны: работа всасывания l41 – вертикальная штриховка; работа сжатия l12 – косая штриховка и работа нагнетания l23 – горизонтальная штриховка. Сумма этих работ дает так называемую техническую работу компрессора   

 

              (1.1)

Рис.1.1.Поршневой компрес-сор.

Рис. 1.2. Процессы сжатия в Pv- и TS-диаграммах.

 

Каждая составляющая технической работы в общем случае определяется по формуле

                        (1.2)

 

Считая всасывание и нагнетание изобарными процессами и подставляя работы l41, l12, l23, определенные по формуле (1.2), в уравнение (1.1), после несложных преобразований можно получить общее выражение для технической работы

                   (1.3)

Можно представить три возможных термодинамических процесса сжатия в компрессоре (рис. 1.2): изотермический 1-2и, адиабатный 1-2а и политропный 1-2п. Так как техническая работа в PV-диаграмме представляет собой площадь цикла 12341 (1.1), то минимальная техническая работа будет при изотермическом сжатии, а максимальная – при адиабатном (см. рис. 1.2). Изотермическое сжатие можно представить при идеальном охлаждении компрессора, а адиабатное – для идеально изолированного компрессора (нет теплообмена между сжимаемым газом и окружающей средой). Но ни идеальное охлаждение, ни идеальную изоляцию осуществить невозможно, поэтому в реальном компрессоре сжатие газа происходит по политропе 1-2п, располагающейся между изотермой 1-2и и адиабатой 1-2а; очевидно показатель этой политропы 1<n<к.

 Из уравнения политропы

            ,             (1.4)

где левая часть соответствует любой точке на политропе, а правая часть – начальному состоянию газа (т.1). Находя удельный объем v из формулы (1.4), подставляя его в уравнение (1.3), можно получить техническую работу политропного (реального) компрессора

            ,          (1.5)

Или с учетом уравнения Клапейрона для идеального газа

            (1.6)