1.5.1. Два основных принципа

     Существует два основных принципа сжатия воздуха ( или газа): объемный принцип и динамическое сжатие. Объемными компрессорами являются, например, поршневые компрессоры и ротационные компрессоры различных типов. Эти компрессоры нашли самое широкое применение в большинстве стран.

     Например, в поршневых компрессорах воздух всасывается в камеру сжатия, впускное отверстие которое закрывается. Затем объем камеры уменьшается и воздух сжимается. После того как давление достигает того же уровня, что и  давление в выпускном коллекторе, открывается клапан и воздух выпускается при постоянном давлении и продолжающемся уменьшении объема камеры.

     При динамическом сжатии воздух всасывается в быстро вращающееся рабочее колесо компрессора и разгоняется до большой скорости. Затем он выпускается чрез диффузор, где его кинетическая энергия преобразуется в статическое давление. Существуют динамические компрессоры с осевым и радиальным потоком, которые отличаются исключительно высокой производительностью.

1.5.2. Объемные компрессоры

23.png    Велосипедный насос — простейший вид объемного компрессора. Воздух всасывается в цилиндр и сжимается за счет перемещения поршня. Принцип работы поршневого компрессора тот же самый. Перемещение поршня вперед и назад осуществляется под воздействием шатуна и вращающегося коленчатого вала. Если для сжатия используется только одна сторона поршня, то компрессор называется компрессором одинарного действия. Если используются как верхняя, так и нижняя стороны поршня, компрессор называется компрессором двойного действия. Разность между давлением на впускной стороне и давлением на выпускной стороне служит показателем работы компрессора.

     Степень повышения давления — это соотношение между абсолютными значениями давления на впускной и выпускной стороне. Соответственно для машины, которая всасывает воздух при атмосферном давлении и сжимает его до избыточного давления 7 бар, эта величина составляет: (7+1)/1=8.

 

 

 

 

 

 

 

 

24.png

25.png26.png

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

















1.5.3. Диаграмма сжатия для объемных компрессоров

     На рис. 1:15 показана теоретическая диаграмма,а на рис. 1:16 — реальна диаграмма для поршневого компрессора. Рабочий объем — объем цилиндра, который поршень проходит на стадии всасывания. Объем мертвого пространства — пространство, которое по законам механики должно оставаться в цилиндре, пока поршень находится в верхней мертвой точке, а также пространство, необходимое для клапанов и т. д.

     Разность между рабочим объемом и объемом всасывания возникает из-за расширения остающегося в объеме мертвого пространства воздуха, что происходит перед всасыванием. Разница между схематичным графиком и графиком с нанесенными реальными значениями параметра p/V объясняется особенностями конструкции компрессора, например поршневого. Клапаны никогда герметично не закрываются: обязательно происходит небольшая утечка между поршнем и стенкой цилиндра. Кроме того, клапаны не могут открываться и закрываться без задержки, что приводит к падению давления при протекании газа по клапанам. По конструктивным причинам при поступлении в цилиндр газ нагревается.

27.png

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

     Эти формулы показывают, что для изоэнтропического сжатия требуется затратить больше работы чем для изотермического сжатия. В действительности значение требуемой работы находится между этими предельными случаями (1,3≤æ≤1,4).

1.5.4. Динамические компрессоры

28.png

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     Динамический компрессор — машина с непрерывным потоком, в которой при протекании газа происходит рост давления газа. Вращающиеся лопатки приводят к ускорению газа до высокой скорости, после чего скорость газа при расширении преобразуется в давление и соответственно уменьшается. В зависимости от основного направления потока компрессоры могут быть радиальными или осевыми.

     В отличие от объемных компрессоров в динамических компрессорах даже небольшое изменение рабочего давления приводит к большому изменению производительности. (см. рис.1:19).

     Каждая скорость характеризуется верхним и нижним пределами производительности. При верхнем пределе скорость потока газа достигает скорости звука. При достижении нижнего предела противодавление превышает создаваемое компрессором давление, что означает обратный поток газа в компрессоре. Это в свою очередь вызывает пульсацию,шум и риск механической поломки компрессора.

1.5.5. Несколько ступеней сжатия

     Теоретически газ может сжиматься в ходе изоэнтропического и изотермического процессов. Такое сжатие можно рассматривать в качестве части обратимого процесса. Если бы сжатый газ нужно было использовать немедленно при его конечной температуре, изоэнтропический процесс имел бы определенные преимущества. На сомом деле газ редко используется непосредственно перед использованием. Поэтому чаще используется изотермический процесс — ведь он требует меньше работы.

     Попытки реализовать этот процесс предпринимались на практике: воздух охлаждался в процессе сжатия. Результаты можно показать на примере компрессора с эффективным рабочим давлением 7 бар, что теоретически при изоэнтропическом сжатии по сравнению с из о термическим сжатием требует мощности больше на 37%.

     Практическим способом, позволяющим уменьшить нагревание газа, является разделение сжатия на несколько ступеней. После каждой ступени газ сначала охлаждается, а затем снова сжимается. Это позволяет увеличить кпд, так как давление на первой ступени уменьшается. Потребляемая мощность уменьшается до минимума,если все ступени характеризуются одной и той же степенью повышения давления.

     Чем больше ступеней, на которое разделяется сжатие, тем больше весь процесс в целом приближается к изотермическому сжатию. Однако в реальности о экономическим причинам существует предельное количество ступеней, которые можно использовать в установке.

29.png

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

1.5.6. Объемный компрессор или центробежный?

     Если построить кривую производительности динамического компрессора и аналогическую кривую для объемного компрессора, то мы увидим, что они значительно отличаются друг от друга. Динамический компрессор — машина с изменяющейся производительностью и постоянным давлением. Объемный компрессор — машина с постоянной производительностью и изменяющимся давлением.

     С другой стороны, для объемного компрессора, в отличие от значительно более высокоскоростных динамических компрессоров, характерны более высокие показатели давления даже при низкой скорости. Динамические компрессоры желательно использовать тогда, когда требуется более высокая производительность.

30.png