Робочий процес одноступінчатого поршневого компресора, холодильні установки
Поршневий компресор засмоктує пари холодоагенту з боку низького тиску і стискає їх до тиску конденсації, при якому вони можуть віддати навколишньому середовищу тепло, сприйняте в випарнику і компресорі.
Робочий простір компресора зі сторонами всмоктування і нагнітання повідомляється через всмоктувальні і нагнітальні клапани. Вони відкриваються і закриваються внаслідок перепаду тиску між робочою порожниною компресора і простором за клапаном.
Для відкриття всмоктуючого клапана тиск в циліндрі має бути менше тиску на стороні випаровування, звідки в циліндр надходять нові порції парів холодоагенту.
Нагнітальний клапан повідомляє порожнину циліндра зі стороною нагнітання лише тоді, коли тиск в циліндрі перевищить тиск в конденсаторі.
Для відводу тепла від циліндрів, які сильно розігріваються при стисненні парів, поршневі компресори забезпечують сорочками охолодження або ребрами (при охолодженні повітрям). Через сорочки охолодження пропускають холодну воду, а ребра охолодження віддають тепло навколишньому повітрю.
При нагріванні сам поршень і несуча його деталь - шатун або шток подовжуються, тому в пристрої поршневого компресора передбачено, що при знаходженні поршня в крайньому положенні, званому «мертвої точкою», між його кромкою і кришкою залишається зазор, званий «мертвим» або «шкідливим »простором. Чим більше «шкідливий» простір, тим менше нових парів холодоагенту всмоктується в циліндр компресора. Розмір шкідливого простору вертикальних компресорів - до 1 мм, горизонтальних 1,2-2,5 мм.
При роботі компресорів розрізняють сухий і мокрий хід.
Сухим ходом компресора називається така його робота, при якій пари, засмоктує компресором, не містять крапельок рідкого холодоагенту. Сухий хід - важлива умова безаварійної роботи машини.
При вологому ході пари несуть з собою велику кількість крапель і туману рідини, які, доіспаряясь у всмоктуючому трубопроводі і циліндрі, зменшують холодопродуктивність компресора. При цьому усмоктувальний колектор і стінки циліндра покриваються сніговий шубою. Вологий хід може привести до гідравлічного удару при попаданні між кришкою циліндра і поршнем такої кількості рідкого холодоагенту, яке перевищує обсяг мертвого простору.
Мал. 12. Діаграма р-v робочого процесу одноступінчастого поршневого компресора:
Рк - тиск конденсації, Ра - тиск кипіння холодоагенту, Vh - обсяг, описуваний поршнем, Vм-об'єм шкідливого простору компресора, Vмр - обсяг пара мертвого простору після його розширення
Процеси, що відбуваються в поршневому компресорі, можна показати в діаграмі (рис. 12), що встановлює залежність тиску Р від ходу поршня або обсягу Vh, описуваного поршнем під час його руху.
Лінія 4-1 являє собою лінію всмоктування. Вона лежить трохи нижче ізобари Р0 внаслідок опору клапанів.
Адиабата 1-2 характеризує стиснення в циліндрі, яке супроводжується підвищенням тиску і температури пари.
Лінія 2-3 представляє процес виштовхування парів через нагнітальні клапани в конденсатор. Через опір в нагнітальних клапанах і трубопроводах тиск нагнітання трохи вище тиску конденсації.
Лінія 3-4 характеризує розширення стислих парів, що залишилися в кінці стиснення у шкідливому просторі циліндра; цей процес триває до тих пір, поки тиск в циліндрі не досягає величини, при якій відкривається всмоктуючий клапан.
Дійсний процес стиснення парів холодоагенту відрізняється від теоретичного. Пояснюється це тим, що відбувається воно не по адіабати, а по інший кривої (політропи) і тим, що всмоктуються не сухі насичені, а перегріті пари. Для встановлення ступеня відхилення в роботі дійсного компресора від теоретичного служить коефіцієнт подачі.
Коефіцієнт подачі характеризує втрати в дійсному компресорі в залежності від коефіцієнта об'ємного розширення, а також від коефіцієнтів дросселирования, підігріву та щільності.
Коефіцієнт об'ємного розширення враховує вплив на холодопродуктивність тієї частини парів холодоагенту, яка не пройшла в конденсатор, а залишилася у «шкідливий» просторі компресора.
Коефіцієнт дроселювання враховує опір всмоктуючих клапанів. Він дорівнює 0,93 ÷ 0,97.
Коефіцієнт підігріву вводиться для обліку теплообміну зі стінками циліндра і клапанами. Він коливається в межах від 0,9 до 0,95.
Коефіцієнт щільності враховує витоку парів холодоагенту з нагнітальної сторони через поршні і клапани. Він приймається рівним 0,95 ÷ 0,98.
Ставлення дійсної холодопроизводительности до теоретичної називається індикаторним коефіцієнтом.
Механічний коефіцієнт враховує втрати на тертя в рухомих частинах компресора і являє собою відношення індикаторної потужності до ефективної (витрачається на валу компресора).
Індикаторного називається потужність, що витрачається безпосередньо в циліндрі компресора.
Об'ємна холодопродуктивність для відповідних умов визначається за таблицями або діаграм.
Значення коефіцієнта подачі зазвичай наводиться в паспорті компресора.
Важливою характеристикою при порівнянні різних компресорів по витрачається для виробництва холоду потужності є питома холодопродуктивність, що визначається відношенням холодопродуктивності компресора до ефективної потужності. Питома холодопродуктивність з підвищенням температури кипіння підвищується.