Рабочий процесс одноступенчатого поршневого компрессора
Поршневой компрессор засасывает пары хладагента со стороны низкого давления и сжимает их до давления конденсации, при котором они могут отдать окружающей среде тепло, воспринятое в испарителе и компрессоре.
Рабочее пространство компрессора со сторонами всасывания и нагнетания сообщается через всасывающие и нагнетательные клапаны. Они открываются и закрываются вследствие перепада давления между рабочей полостью компрессора и пространством за клапаном.
Для открытия всасывающего клапана давление в цилиндре должно быть меньше давления на стороне испарения, откуда в цилиндр поступают новые порции паров хладагента.
Нагнетательный клапан сообщает полость цилиндра со стороной нагнетания лишь тогда, когда давление в цилиндре превысит давление в конденсаторе.
Для отвода тепла от цилиндров, которые сильно разогреваются при сжатии паров, поршневые компрессоры снабжают рубашками охлаждения или ребрами (при охлаждении воздухом). Через рубашки охлаждения пропускают холодную воду, а ребра охлаждения отдают тепло окружающему воздуху.
При нагревании сам поршень и несущая его деталь — шатун или шток удлиняются, поэтому в устройстве поршневого компрессора предусмотрено, что при нахождении поршня в крайнем положении, называемом «мертвой точкой», между его кромкой и крышкой остается зазор, называемый «мертвым» или «вредным» пространством. Чем больше «вредное» пространство, тем меньше новых паров хладагента всасывается в цилиндр компрессора. Размер вредного пространства вертикальных компрессоров — до 1 мм, горизонтальных 1,2—2,5 мм.
При работе компрессоров различают сухой и мокрый ход.
Сухим ходом компрессора называется такая его работа, при которой пары, засасываемые компрессором, не содержат капелек жидкого хладагента. Сухой ход — важное условие безаварийной работы машины.
При влажном ходе пары несут с собой большое количество капель и тумана жидкости, которые, доиспаряясь во всасывающем трубопроводе и цилиндре, уменьшают холодопроизводительность компрессора. При этом всасывающий коллектор и стенки цилиндра покрываются снеговой шубой. Влажный ход может привести к гидравлическому удару при попадании между крышкой цилиндра и поршнем такого количества жидкого хладагента, которое превышает объем мертвого пространства.
Рис. 12. Диаграмма р—v рабочего процесса одноступенчатого поршневого компрессора:
Процессы, происходящие в поршневом компрессоре, можно показать в диаграмме (рис. 12), устанавливающей зависимость давления Р от хода поршня или объема Vh, описываемого поршнем во время его движения.
Линия 4—1 представляет собой линию всасывания. Она лежит несколько ниже изобары Р0 вследствие сопротивления клапанов.
Адиабата 1—2 характеризует сжатие в цилиндре, которое сопровождается повышением давления и температуры паров.
Линия 2—3 представляет процесс выталкивания паров через нагнетательные клапаны в конденсатор. Из-за сопротивления в нагнетательных клапанах и трубопроводах давление нагнетания несколько выше давления конденсации.
Линия 3—4 характеризует расширение сжатых паров, оставшихся в конце сжатия во вредном пространстве цилиндра; этот процесс продолжается до тех пор, пока давление в цилиндре не достигает величины, при которой открывается всасывающий клапан.
Действительный процесс сжатия паров хладагента отличается от теоретического. Объясняется это тем, что происходит оно не по адиабате, а по другой кривой (политропе) и тем, что всасываются не сухие насыщенные, а перегретые пары. Для установления степени отклонения в работе действительного компрессора от теоретического служит коэффициент подачи.
Коэффициент подачи характеризует потери в действительном компрессоре в зависимости от коэффициента объемного расширения, а также от коэффициентов дросселирования, подогрева и плотности.
Коэффициент объемного расширения учитывает влияние на холодопроизводительность той части паров хладагента, которая не прошла в конденсатор, а осталась во «вредном» пространстве компрессора.
Коэффициент дросселирования учитывает сопротивление всасывающих клапанов. Он равен 0,93÷0,97.
Коэффициент подогрева вводится для учета теплообмена со стенками цилиндра и клапанами. Он колеблется в пределах от 0,9 до 0,95.
Коэффициент плотности учитывает утечки паров хладагента с нагнетательной стороны через поршни и клапаны. Он принимается равным 0,95÷0,98.
Отношение действительной холодопроизводительности к теоретической называется индикаторным коэффициентом.
Механический коэффициент учитывает потери на трение в движущихся частях компрессора и представляет собой отношение индикаторной мощности к эффективной (затрачиваемой на валу компрессора).
Индикаторной называется мощность, затрачиваемая непосредственно в цилиндре компрессора.
Объемная холодопроизводительность для соответствующих условий определяется по таблицам или диаграммам.
Значение коэффициента подачи обычно приводится в паспорте компрессора.
Важной характеристикой при сравнении различных компрессоров по затрачиваемой для производства холода мощности является удельная холодопроизводительность, определяемая отношением холодопроизводительности компрессора к эффективной мощности. Удельная холодопроизводительность с повышением температуры кипения повышается.