Для чего в поршневом компрессоре предусмотрено линейное мертвое пространство
Что такое вредный объем
Вредный объем формируется подводящими каналами, зазорами между корпусом и вытеснителем в крайнем положении.
Наиболее актуально понятие вредного объема для компрессорных машин и устройств для работы со сжатым воздухом. Так как при сжатии воздух накапливается во вредном объем и не поступает в линию нагнетания, то есть часть работы осуществляется впустую.
Вредный объем в поршневом компрессоре
Рассмотрим как формируется вредный объем при работе поршневого компрессора. Поршень установлен в гильзе и совершает возвратно-поступательное движение, для исключения ударов, между поршнем и передней крышкой есть небольшой зазор даже в крайнем положении.
Воздух поступает в полость компрессора от всасывающего клапана через канал 1 и вытесняется по каналу 2 через нагнетательный обратный клапан. При движении поршня вправо (по схеме), объем рабочей камеры увеличивается, она заполняется воздухом из атмосферы. При движении поршня влево, воздух сжимается и вытесняется через нагнетательный клапан в систему. При этом сжатый воздух будет заполнять каналы 1 и 2. Когда поршень буден находиться в крайнем положении, сжатый воздух будет находится в каналах 1, 2 и в зазоре между поршнем и крышкой, образующих вредный объем 3.
Как только поршень начнет двигаться вправо, нагнетательный клапан закроется, а воздух находившийся в каналах и в зазоре, останется в рабочей камере компрессора, получается, что он был сжат, но в систему он не поступил, в процессе увеличения объема рабочей камеры он вновь расширится, а во время уменьшения рабочего объема, он вновь будет сжиматься.
Часть воздуха, сжимается и расширяется, но при этом не поступает в систему, а значит не совершается полезной работы, поэтому объем в котором находится эта часть воздуха называют вредным.
Чтобы минимизировать вредный объем клапаны располагают близко к качающему узлу.
Теоретические основы работы поршневого компрессора
Объемная производительность
Объем всасываемого компрессором пара (в кубических метрах) за единицу времени (час), составляет его объемную производительность. Теоретическая объемная производительность совпадает с объемом, описываемым поршнями компрессора. Действительная объемная производительность. Действительный рабочий процесс компрессора отличается от теоретического главным образом наличием в цилиндре мертвого пространства, гидравлического сопротивления клапанов, подогрева всасываемого пара от стенок цилиндра, неплотности в клапанах и поршневых кольцах, возможности конденсации пара на холодных стенках цилиндра и свойств фреона растворяться в масле при сжатии паров.
Мертвое пространство.
Мертвое пространство поршневого компрессора представляет собой объем, заключенный между клапанами и днищем поршня в момент нахождения его в верхней, мертвой точке. Основной причиной существования мертвого пространства является линейный зазор между днищем поршня и клапанной доской (не менее 0;01 диаметра цилиндра), предназначенной для компенсации удлинения поршня и шатуна при их нагревании, а также возможной неточности, допущенной при изготовлении деталей и сборке компрессора. В мертвое пространство входит также объем углублений и отверстий клапанов и объем кольцевого зазора между стенкой цилиндра и поршнем (до первого кольца).
В быстроходных компрессорах объем мертвого пространства составляет от 3 до 5% объема цилиндра. В современных малых герметичных компрессорах объем мертвого пространства снижен до 2%. Расширение паров, остающихся в мертвом пространстве цилиндра, уменьшает объем всасывания, а следовательно, и производительность компрессора. Чем больше объем мертвого пространства, тем значительнее снижение действительной производительности компрессора. Поэтому мертвое пространство называют иногда «вредным» пространством.
Гидравлическое сопротивление при всасывании и нагнетании.
Вследствие наличия гидравлического сопротивления клапанов и каналов давление в цилиндре во время заполнения нужно поддерживать несколько ниже давления в испарителе, а при нагнетании — выше давления в конденсаторе. С понижением давления всасывания удельный объем поступающего в цилиндр пара увеличивается, а его плотность и масса уменьшается. Возрастание давления нагнетания приводит к увеличению объема пара, остающегося в мертвом пространстве. Таким образом, сопротивление при всасывании и нагнетании приводит к снижению объемной производительности компрессора.
Подогрев пара при всасывании.
Поступающие в цилиндр холодные пары холодильного агента подогреваются нагревшимися в процессе сжатия стенками цилиндра, днищем поршня, поверхностями крышек и клапанов. Вследствие этого удельный объем всасываемого пара увеличивается, а его масса уменьшается, при этом объемная производительность при установившемся режиме температур снижается.
Влияние утечки пара через неплотности на производительность компрессора. При работе действительного компрессора наблюдаются утечки пара из цилиндра из-за недостаточно плотного прилегания клапанных пластин к седлу, в замках поршневых колец и в местах их прилегания к стенкам цилиндра. В процессе всасывания через неплотный нагнетательный клапан часть пара из нагнетательной полости поступает обратно в цилиндр, а при сжатии через всасывающий клапан и поршневые кольца часть пара возвращается из цилиндра во всасывающую полость или картер компрессора.
Утечки пара через неплотности снижают объемную производительность компрессора.
При нормальных условиях работы компрессора потери составляют 3—4% от объема цилиндра. При плохом прилегании клапанов и изношенных поршневых кольцах такие потери значительно возрастают.
В фреоновых компрессорах при сжатии повышается растворимость фреона в смазочном масле, а при всасывании, когда давление паров понижается, происходит выделение (возгонка) паров фреона из масла, находящегося в этот момент в цилиндре компрессора. Вследствие этого уменьшается действительный объем паров, всасываемых компрессором.
Поршневой компрессор: Теоретические основы работы поршневого компрессора
Объемная производительность.
Объем всасываемого поршневым компрессором пара (в кубических метрах) за единицу времени (час), составляет его объемную производительность. Теоретическая объемная производительность совпадает с объемом, описываемым поршнями компрессора.
Действительная объемная производительность.
Действительный рабочий процесс поршневого компрессора отличается от теоретического главным образом наличием в цилиндре мертвого пространства, гидравлического сопротивления клапанов, подогрева всасываемого пара от стенокцилиндра, неплотности в клапанах и поршневых кольцах, возможности конденсации пара на холодных стенках цилиндра и свойств фреона растворяться в масле при сжатии паров.
Мертвое пространство.
Мертвое пространство поршневого компрессора представляет собой объем, заключенный между клапанами и днищем поршня в момент нахождения его в верхней, мертвой точке.
Основной причиной существования мертвого пространства является линейный зазор между днищем поршня и клапанной доской (не менее 0;01 диаметра цилиндра),предназначенной для компенсации удлинения поршня и шатуна при их нагревании, а также возможной неточности, допущенной при изготовлении деталей и сборке компрессора. В мертвое пространство входит также объем углублений и отверстий клапанов и объем кольцевого зазора между стенкой цилиндра и поршнем (до первого кольца).
В быстроходных компрессорах объем мертвого пространства составляет от 3 до 5% объема цилиндра. В современных малых герметичных компрессорах объем мертвого пространства снижен до 2%.
Расширение паров, остающихся в мертвом пространстве цилиндра, уменьшает объем всасывания, а следовательно, и производительность компрессора. Чем больше объем мертвого пространства, тем значительнее снижение действительной производительности компрессора. Поэтому мертвое пространство называют иногда «вредным» пространством.
Гидравлическое сопротивление при всасывании и нагнетании.
Вследствие наличия гидравлического сопротивления клапанов и каналов давление в цилиндре во время заполнения нужно поддерживать несколько ниже давления в испарителе, а при нагнетании — выше давления в конденсаторе. С понижением давления всасывания удельный объем поступающего в цилиндр пара увеличивается, а его плотность и масса уменьшается. Возрастание давления нагнетания приводит к увеличению объема пара, остающегося в мертвом пространстве. Таким образом, сопротивление при всасывании и нагнетании приводит к снижению объемной производительности компрессора.
Подогрев пара при всасывании.
Поступающие в цилиндр холодные пары холодильного агента подогреваются нагревшимися в процессе сжатия стенками цилиндра, днищем поршня, поверхностями крышек и клапанов. Вследствие этого удельный объем всасываемого пара увеличивается, а его масса уменьшается, при этом объемная производительность при установившемся режиме температур снижается.
Влияние утечки пара через неплотности на производительность компрессора. При работе действительного компрессора наблюдаются утечки пара из цилиндра из-за недостаточно плотного прилегания клапанных пластин к седлу, в замках поршневых колец и в местах их прилегания к стенкам цилиндра. В процессе всасывания через неплотный нагнетательный клапан часть пара из нагнетательной полости поступает обратно в цилиндр, а при сжатии через всасывающий клапан и поршневые кольца часть пара возвращается из цилиндра во всасывающую полость или картер компрессора.
Утечки пара через неплотности снижают объемную производительность компрессора.
При нормальных условиях работы компрессора потери составляют 3—4% от объема цилиндра. При плохом прилегании клапанов и изношенных поршневых кольцах такие потери значительно возрастают.
В фреоновых компрессорах при сжатии повышается растворимость фреона в смазочном масле, а при всасывании, когда давление паров понижается, происходит выделение (возгонка) паров фреона из масла, находящегося в этот момент в цилиндре компрессора. Вследствие этого уменьшается действительный объем паров, всасываемых компрессором.
При всасывании холодных паров и особенно при работе влажным ходом стенки цилиндров значительно охлаждаются. Поэтому при сжатии пара возможна конденсация пара на холодных стенках (в районе всасывающего клапана). При обратном ходе поршня давление падает и жидкий холодильный агент, выкипая, занимает часть объема цилиндров, уменьшая действительную производительность компрессора. Подогрев всасываемого пара в теплообменнике практически исключает эти потери.
Действительный холодильный компрессор
В силу конструктивных и функциональных факторов действительный компрессор всегда отличается от теоретического. Рассмотрим различия на примере поршневого компрессора.
8.2.1. Объемные потери
Объемным потерям в поршневом компрессоре способствуют наличие «мертвого пространства» и утечки рабочего вещества из полости сжатия.
Наличие «мертвого пространства» вызвано исключительно конструктивными особенностями компрессора.
«Линейное мертвое пространство» представляет зазор между днищем поршня, находящегося в положении ВМТ и клапанной плитой (рис.8.5). Поршневой компрессор сконструирован таким образом, что поршень в положении ВМТ вплотную не подходит к клапанной плите. Зазор необходим для компенсации температурного расширения поршня в процессе работы.
«Кольцевое мертвое пространство» образуется в зазоре между стенками поршня и цилиндра на высоте, равной расстоянию от днища поршня до первого поршневого кольца.
«Мертвое пространство» существует также и в каналах клапанов, обращенных одной стороной в цилиндр и ограниченных с другой стороны запорным органом (пластиной клапана).
Клапанная нагнетательный плита клапан
Рис.8.5. «Мертвое пространство» поршневого компрессора
Величина «мертвого пространства» в отверстиях клапанов зависит исключительно от конструкции клапанов. Всасывающий клапан может увеличивать «мертвое пространство», если запорный орган клапана расположен над клапанной плитой и уменьшать его, если запорный орган клапана расположен под клапанной плитой (только в непрямоточном компрессоре, показан пунктирной линией на рис.8.5).
Наличие нагнетательного клапана в компрессоре всегда способствует увеличению «мертвого пространства», так как в силу своих конструктивных особенностей запорный орган нагнетательного клапана всегда располагается над клапанной плитой.
Наличие «мертвого пространства» отрицательно воздействует на работу компрессора, так как сжатые пары рабочего вещества остаются невытесненным в полости сжатия. При обратном ходе поршня эти пары расширяются, занимая часть объема цилиндра и, тем самым, уменьшая объем пара, поступающего в компрессор.
Для характеристики компрессора обычно используют понятие «относительного мертвого пространства», представляющего отношение абсолютной величины мертвого пространства к объему, описанному поршнем за один оборот вала V
В процессе сжатия наблюдаются прямые утечки пара из цилиндра (полости сжатия) в силу возможных неплотностей в клапанах, а также между поршневыми кольцами и цилиндром.
Теоретические основы работы поршневого компрессора
Объем всасываемого компрессором пара (в кубических метрах) за единицу времени (час), составляет его объемную производительность. Теоретическая объемная производительность совпадает с объемом, описываемым поршнями компрессора. Действительная объемная производительность. Действительный рабочий процесс компрессора отличается от теоретического главным образом наличием в цилиндре мертвого пространства, гидравлического сопротивления клапанов, подогрева всасываемого пара от стенок цилиндра, неплотности в клапанах и поршневых кольцах, возможности конденсации пара на холодных стенках цилиндра и свойств фреона растворяться в масле при сжатии паров.
Мертвое пространство.
Мертвое пространство поршневого компрессора представляет собой объем, заключенный между клапанами и днищем поршня в момент нахождения его в верхней, мертвой точке. Основной причиной существования мертвого пространства является линейный зазор между днищем поршня и клапанной доской (не менее 0;01 диаметра цилиндра), предназначенной для компенсации удлинения поршня и шатуна при их нагревании, а также возможной неточности, допущенной при изготовлении деталей и сборке компрессора. В мертвое пространство входит также объем углублений и отверстий клапанов и объем кольцевого зазора между стенкой цилиндра и поршнем (до первого кольца).
В быстроходных компрессорах объем мертвого пространства составляет от 3 до 5% объема цилиндра. В современных малых герметичных компрессорах объем мертвого пространства снижен до 2%. Расширение паров, остающихся в мертвом пространстве цилиндра, уменьшает объем всасывания, а следовательно, и производительность компрессора. Чем больше объем мертвого пространства, тем значительнее снижение действительной производительности компрессора. Поэтому мертвое пространство называют иногда «вредным» пространством.
Гидравлическое сопротивление при всасывании и нагнетании.
Вследствие наличия гидравлического сопротивления клапанов и каналов давление в цилиндре во время заполнения нужно поддерживать несколько ниже давления в испарителе, а при нагнетании — выше давления в конденсаторе. С понижением давления всасывания удельный объем поступающего в цилиндр пара увеличивается, а его плотность и масса уменьшается. Возрастание давления нагнетания приводит к увеличению объема пара, остающегося в мертвом пространстве. Таким образом, сопротивление при всасывании и нагнетании приводит к снижению объемной производительности компрессора.
Подогрев пара при всасывании.
Поступающие в цилиндр холодные пары холодильного агента подогреваются нагревшимися в процессе сжатия стенками цилиндра, днищем поршня, поверхностями крышек и клапанов. Вследствие этого удельный объем всасываемого пара увеличивается, а его масса уменьшается, при этом объемная производительность при установившемся режиме температур снижается.
Влияние утечки пара через неплотности на производительность компрессора. При работе действительного компрессора наблюдаются утечки пара из цилиндра из-за недостаточно плотного прилегания клапанных пластин к седлу, в замках поршневых колец и в местах их прилегания к стенкам цилиндра. В процессе всасывания через неплотный нагнетательный клапан часть пара из нагнетательной полости поступает обратно в цилиндр, а при сжатии через всасывающий клапан и поршневые кольца часть пара возвращается из цилиндра во всасывающую полость или картер компрессора.
Утечки пара через неплотности снижают объемную производительность компрессора.
При нормальных условиях работы компрессора потери составляют 3—4% от объема цилиндра. При плохом прилегании клапанов и изношенных поршневых кольцах такие потери значительно возрастают.
В фреоновых компрессорах при сжатии повышается растворимость фреона в смазочном масле, а при всасывании, когда давление паров понижается, происходит выделение (возгонка) паров фреона из масла, находящегося в этот момент в цилиндре компрессора. Вследствие этого уменьшается действительный объем паров, всасываемых компрессором.
При всасывании холодных паров и особенно при работе влажным ходом стенки цилиндров значительно охлаждаются. Поэтому при сжатии пара возможна конденсация пара на холодных стенках (в районе всасывающего клапана). При обратном ходе поршня давление падает и жидкий холодильный агент, выкипая, занимает часть объема цилиндров, уменьшая действительную производительность компрессора. Подогрев всасываемого пара в теплообменнике практически исключает эти потери.