Поршневые компрессоры. 
Гидравлические и аэродинамические машины

По своему принципу действия, основанному на вытеснении рабочей среды поршнем, поршневой компрессор напоминает поршневой насос. Однако рабочий процесс поршневого компрессора имеет существенные отличия, связанные со сжимаемостью рабочей среды.

На рис. 13.6 показана схема и индикаторная диаграмма поршневого компрессора одинарного действия. На диаграмме (v) по оси абсцисс отложен объём под поршнем в цилиндре, однозначно зависящий от положения поршня.

Двигаясь из правого крайнего положения (точка 1) влево, поршень сжимает газ в полости цилиндра. Всасывающий клапан закрыт в течение всего процесса сжатия. Нагнетательный клапан закрыт до тех пор, пока разность давлений в цилиндре и нагнетательном патрубке преодолеет сопротивление пружины. Затем нагнетательный клапан открывается (точка 2) и поршень вытесняет газ в нагнетательный трубопровод вплоть до точки 3 (крайнее левое положение поршня). Затем начинается движение поршня вправо вначале при закрытом всасывающем клапане, затем (точка 4) он открывается и газ поступает в цилиндр.

Рис. 13.6 Схема и индикаторная диаграмма Рис. 13.7 Схема шестерёнчатого насоса поршневого компрессора

Таким образом, линия 1−2 соответствует процессу сжатия. В поршневом компрессоре теоретически возможны:

Политропный процесс (кривая 1−2 на рис. 13.6).

Адиабатный процесс (кривая 1−2'').

Изотермический процесс (кривая 1−2').

Протекание процесса сжатия зависит от теплообмена между газом в цилиндре и окружающей средой. Поршневые компрессоры выполняются обычно с водяным охлаждением цилиндра. При этом процесс сжатия и расширения являются политропными (с показателями политропы n, n=1.2…1.35).

Вытолкнуть весь газ из цилиндра невозможно, т.к. поршень не может вплотную подойти к крышке. Поэтому часть газа остаётся в цилиндре. Объём, занятый этим газом, называется объёмом вредного пространства. Это приводит к уменьшению объёма всасываемого газа V_вс. Отношение этого объёма к рабочему объёму цилиндра V_р, называется объёмным коэффициентом _о=V_вс/V_р.

Теоретическая объёмная подача поршневого компрессора.

.

Действительная подача Q=_оQ_т.

Работа компрессора расходуется не только на сжатие газа, но и на преодоление сопротивления трения.

A=A_ад+A_тр.

Отношение А_ад/А=_ад называется адиабатическим к.п.д. если исходить из более экономичного изотермического цикла, то получим так называемый изотермический к.п.д.

_из=А_из/А, А=А_из+А_тр.

Если работу А умножить на массовую подачу G, то получим мощность компрессора:

N_i=AG — индикаторная мощность;

N_ад=A_адG — при адиабатном процессе сжатия;

N_из=A_изG — при изотермическом процессе сжатия.

Мощность на валу компрессора N_в больше индикаторной на величину потерь на трение, что учитывается механическим к.п.д.: _м=N_i/N_в.

Тогда общий к.п.д. компрессора =_изм.