Індикаторна діаграма компресора і коефіцієнт подачі

За один оборот валу компресора в кожному циліндрі відбувається повний цикл:

Теоретичний і дійсний робочі процеси компресора на індикаторної діаграмі (рис. 1) трохи різні.

При побудові теоретичної індикаторної діаграми компресора (рис. 1, а) приймають, що на початку руху поршня з лівого крайнього положення в праве відкривається всмоктуючий клапан і пари холодоагенту надходять в циліндр компресора при постійному тиску р0. рівному тиску в випарнику. Крім того, постійними залишаються температура і питомий об'єм пари.

Обсяг циліндра компресора Vц дорівнює обсягу, який описує поршень Vh. Весь цей обсяг заповнюється парами холодоагенту при постійному тиску р0. Лінія 1-2 зображує процес всмоктування парів.

Процес всмоктування закапчівается в той момент, коли поршень досягає крайнього правого (по малюнку) положення. Всмоктуючий клапан закривається і при зворотному ході поршня відбувається адіабатичне стиснення парів в компресорі до тиску рк. рівного тиску в конденсаторі (лінія 2-3). При цьому тиску відкривається нагнітальний клапан, через який пари холодоагенту при подальшому русі поршня вліво виштовхуються з "циліндра (лінія 5-4) в конденсатор при постійному тиску рк. Так як теоретично циліндр не має шкідливого простору, при переміщенні поршня в крайнє ліве положення весь пар холодоагенту витісняється з циліндра. Мертве простір в реальному циліндрі компресора необхідно для запобігання кришки його від руйнування при подовженні кривошипно-шатунного механізму під час нагрівання. Величина е того простору з урахуванням всіх конструктивних особливостей повинна бути мінімальною.

Розглянемо дійсну індикаторну діаграму компресора (рис. 1, б). При тиску в циліндрі нижче, ніж в випарнику, відкривається всмоктувальний клапан (точка 1) і починається всмоктування парів холодоагенту.

Всмоктування 1-2 проходить при тиску р0. яке на δр0 нижче тиску кипіння через опір у всмоктуючому клапані і трубопроводі. При зворотному ході поршень стискає пари холодоагенту (лінія 2 - 3) з підвищенням їх температури і тиску, а на ділянці 2 - 2 'частина ходу використовується на доведення тиску в циліндрі до р0. Зменшення обсягу всмоктування, викликане опором в клапані і трубопроводі, на діаграмі зображено відрізком С2. який буде зростати зі збільшенням δр0. Лінія стиснення 2 - 3 в залежності від вологості пари є вологу або суху АДІАБАТА. Ці адіабати для аміачних холодильних машин замінюють політропи з показниками відповідно х = 1,17 і х = 1,32.

Мал. 1 - Індикаторна діаграма робочого процесу компресора в координатах p - V

Пари холодоагенту виштовхуються в конденсатор (точка 3) під тиском на δрк вище тиску конденсації рк зважаючи опору в нагнітальному клапані і трубопроводі.

Через наявність шкідливого простору V0 не всі пари виштовхуються в нагнітальний трубопровід; частину залишків парів розширюється при зворотному ході поршня (лінія 4 - 1). Відрізок С1 показує розширення парів до тиску в випарнику. Для сухого пара лінія розширення йде більш прямовисно; для вологої пари крива 4 - 5 більш полога. Після цього знову починається всмоктування пари з випарника в циліндр. При вологій парі у шкідливому просторі процес всмоктування починається пізніше, ніж при сухому.

Дійсна індикаторна діаграма відрізняється від теоретичної тим, що в останній не враховуються:

• опір руху парів холодоагенту в клапанах і трубопроводах;
• різницю між тисками всмоктування і кипіння і тисками нагнітання і конденсації;
• шкідливий простір V0.

У теоретичній діаграмі не беруться до уваги об'ємні втрати, а також втрати тепла з охолоджувальною водою, повітрям і ін.

Теоретична холодопродуктивність компресора (Вт) визначається за формулою

де Vh - обсяг, описуваний поршнями компресора, м 3 / год;

qυ - об'ємна холодопродуктивність всмоктуваних парів холодоагенту, кДж / м 3.

Щоб обчислити дійсну холодопродуктивність компресора, вводять ряд робочих коефіцієнтів, які відображають фактори, не враховані для теоретичного циклу.

Об'ємний коефіцієнт λс. що є основним з усіх коефіцієнтів, являє собою відношення обсягу засмоктує парів до обсягу, описуваного поршнем в циліндрі. Його визначають по відрізках V2 і Vh індикаторної діаграми

Значення об'ємного коефіцієнта невеликі і залежать від умов роботи компресора. Основним фактором, що визначає значення цього коефіцієнта, є величина шкідливого простору, складова 2-5% обсягу циліндра. Крім того, об'ємний коефіцієнт залежить від тиску конденсації рк і кипіння р0.

Втрата обсягу зображена відрізком С1. визначеним зі співвідношення

де т - показник політропи розширення.

Втрати через наявність шкідливого простору також враховуються об'ємним коефіцієнтом, який можна обчислити за формулою

де С = V0 / Vh - відносна величина шкідливого простору (в залежності від типу компресора С = 0,2 ÷ 0,08).

Значення показника політропи m для аміачних компресорів приймають 1,1, для фреонових - 1,0.

Особливо зростають об'ємні втрати при «вологому ході» компресора, так як потрапили в циліндр частки рідини випаровуються в процесі зворотного розширення і займають певну частину обсягу циліндра.

Коефіцієнт дроселювання λдр враховує об'ємні втрати, викликані опором в клапанах, і являє

Для температури кипіння до - 30 ° С приймають λдр = 0,93 ÷ 0,97.

Об'ємні втрати С1 і С2 враховують індикаторним коефіцієнтом подачі λi. який дорівнює добутку двох коефіцієнтів:

Якщо врахувати депресії (зниження тиску) при всмоктуванні δр0 і при нагнітанні δрк. то індикаторний коефіцієнт подачі можна визначити за наближеною формулою

де δр0 = δрк = 5 ÷ 10 кН / м 2 = 0,05 ÷ 0,1 кгс / см 2.

Коефіцієнт підігріву λп характеризує вплив теплообміну пари зі стінками циліндра, поршнем і клапанами. Зі збільшенням ступеня стиснення теплообмін зростає, а з підвищенням частоти обертання валу зменшується, що сприяє підвищенню коефіцієнта підігріву.

Коефіцієнт підігріву аміачних і фреонових вертикальних і V-образних компресорів можна приблизно визначити за формулою І. І. Левіна

де Т0 і Тк - відповідно температура кипіння і конденсації, К.

Для компресорів типу ГД (горизонтальний подвійної дії) користуються формулою

Коефіцієнт щільності λпл враховує пропуски холодоагенту через нещільності в поршневих кільцях і клапанах. Через ці нещільності виникають не тільки об'ємні, але і енергетичні втрати, витрачені на стиснення пари. Коефіцієнт щільності приймають 0,96-0,98.

Коефіцієнти підігріву і щільності враховують невидимі втрати в компресорі, які визначаються за формулою

Коефіцієнт подачі λ є відношенням обсягу V всмоктуваних компресором парів до геометричного обсягом Vh. описуваного поршнями, з урахуванням типу компресора, діаметра циліндрів, ходу поршнів і частоти обертання валу:

де G - кількість холодоагенту, що проходить через компресор, кг / год;

υ 1 - питомий об'єм пари холодоагенту, м 3 / кг.

Замість відносини обсягів можна взяти відношення масової продуктивності Gдейств дійсного компресора до такої ж продуктивності Gтeop теоретичного компресора при повному використанні обсягу, описуваного поршнями.

Коефіцієнт подачі λ, виражається також ставленням дійсної холодопроизводительности компресора Q0 дійств до теоретичної Q0 теор. Отже, коефіцієнт подачі λ характеризує зменшення масової продуктивності в дійсному процесі в порівнянні з теоретичною продуктивністю.

Коефіцієнт подачі в основному залежить від величини шкідливого простору циліндра і співвідношення тисків конденсації і кипіння. Крім того, на нього робить деякий вплив температура всмоктуваних парів, швидкості руху поршнів, а також парів при проході клапанів, щільність пригону пластин клапанів і поршневих кілець, опір клапанів.

Коефіцієнт подачі дає загальну оцінку втрат дійсного компресора в залежності від об'ємного коефіцієнта λс і коефіцієнтів дросселирования λдр. підігріву λп і щільності λпл у вигляді твору

Перетворюючи праву частину цієї рівності з урахуванням (32) і (36), отримаємо формулу для розрахунку коефіцієнта подачі

λ = λi × λω. (39)

Коефіцієнти подачі визначають також досвідченим шляхом. Для аміачних і фреонових компресорів значення їх наведені в довідниках у вигляді таблиць або графічних залежностей λ = f × (pк / p0), складених за даними випробувань однотипних машин.

Коефіцієнти подачі аміачних вертикальних і V-образних компресорів з охолоджуючими сорочками можна орієнтовно підрахувати за формулою

де pк / p0 - відношення тиску конденсації до тиску кипіння (відповідно для щаблі установок двоступеневого стиснення);

С - величина шкідливого простору в частках робочого об'єму циліндра (0,02 ÷ 0,08).