Термодинамические процессы в компресорах

Компрессором называют машину для сжатия газов. Различные типы компрессоров широко применяются в самых разнообразных областях техники. По конструкционным признакам компрессоры подразделяют на две группы — объемные (или, как их иногда называют, компрессоры статического сжатия) и лопаточные (или компрессоры динамического сжатия). В свою очередь объемные компрессоры делятся на два типа — поршневые и ротационные.

Принцип действия поршневого компрессора такой: в цилиндре движется поршень, совершающий возвратно-поступательное движение. При движении поршня слева направо происходит всасывание рабочего тела (при этом клапан открыт) при практически постоянном давлении (в частности, если в компрессоре сжимается атмосферный воздух, то в течение процесса всасывания давление воздуха в цилиндре несколько ниже атмосферного). После того как поршень дойдет до правого крайнего положения, процесс всасывания закончится, клапан закроется и поршень начнет двигаться в обратном направлении — справа налево. Давление газа в цилиндре повышается. Когда давление газа достигнет значения, несколько превышающего давление в резервуаре, куда подается газ, откроется клапан и сжатый газ поступит в этот резервуар. Дойдя до левого крайнего положения, поршень вновь начинает двигаться слева направо, и процесс повторится.

Поршню сообщается возвратно-поступательное движение через кри-вошипно-шатунный механизм от внешнего источника работы (электромотора, двигателя внутреннего сгорания и т. п.). В ротационном компрессоре роль поршня выполняет ротор показана схема одного из видов ротационных компрессоров—пластинчатого компрессора. В корпусе компрессора вращается ротор, расположенный эксцентрично относительно корпуса. В теле ротора имеются пазы, в них скользят пластинки, которые под действием сжимается, поскольку, как видно, объем этого газа уменьшается при вращении ротора за счет эксцентричности ротора относительно корпуса. Сжатый газ выбрасывается в выходной патрубок. Как видно из этой схемы, принцип действия ротационного компрессора аналогичен принципу действия поршневого компрессора — и в том и в другом случае сжатие газа осуществляется за счет уменьшения объема, в котором заключен газ.

Качественно иной принцип действия положен в основу лопаточных компрессоров, которые подразделяются на два типа — центробежные и осевые (или аксиальные). Принцип действия лопаточных компрессоров ясен из схемы центробежного компрессора, представленной. На валу укреплен диск, снабженный рабочими лопатками. Вал с диском вращается, и газ, всасываемый через входной патрубок и поступающий в зазор между лопатками, захватывается этими лопатками и приобретает высокую скорость — вращение диска сообщает газу большую кинетическую энергию. Далее этот газ, имеющий высокую скорость, поступает в диффузор S, лопатки которого укреплены в неподвижном корпусе компрессора. В диффузоре скорость газа уменьшается, и за счет торможения его кинетическая энергия превращается в потенциальную энергию давления. Газ высокого давления отводится через выходной патрубок.

В осевом компрессоре газ перемещается вдоль оси и сжимается в нескольких ступенях, состоящих из рабочих колес и направляющих аппаратов. Несмотря на большие конструкционные различия компрессоров разных типов, термодинамические принципы их действия аналогичны. Рассмотрим вначале процесс сжатия в поршневом компрессоре. Анализ этого процесса удобно проводить с помощью так называе-мой индикаторной диаграммы компрессора. Эта диаграмма показывает зависимость давления в цилиндре компрессора от переменного объема газа в цилиндре или, что то же самое, от хода поршня. Индикаторная диаграмма записывается специальным прибором— динамометрическим индикатором, присоединенным к компрессору.