Мощность поршневого компрессора и его коэффициент полезного действия

Мощность, затрачиваемая на сжатие воздуха в цилиндре реального компрессора, называется индикаторной (N). Ее находят по индикаторной диаграмме, снятой с компрессора, используя следующую формулу:

где Pi — среднее индикаторное давление, определяемое, но индикаторной диаграмме, Па, т. е. такое постоянное давление, при действии которого на поршень за один его ход совершается работа, равная работе полного цикла компрессора; F — площадь поршня, м²; S — ход поршня, м; п — частота вращения вала компрессора, об/мин.

По формуле (17.13) вычисляют мощность, кВт, компрессора простого действия. В компрессорах двойного действия мощность определяют для каждой полости цилиндра, а затем полученные величины складывают.

Мощность на валу компрессора называется эффективной (N_e), она больше индикаторной на величину механических потерь:

где г|_мех — механический КПД компрессора, величина которого у современных поршневых компрессоров при номинальной нагрузке составляет 0,85—0,9.

Механический КПД зависит от индикаторной мощности, т. е. от нагрузки машины:

С понижением нагрузки компрессора механический КПД уменьшается.

При отсутствии индикаторной диаграммы мощность, потребляемую компрессором, определяют расчетным путем. В этом случае не учитывают вредное пространство, поскольку оно не оказывает заметного влияния на мощность, расходуемую компрессором, так как работа, затраченная на сжатие воздуха в нем, в значительной степени возвращается в процессе расширения. Работу идеального компрессора при изотермическом, адиабатном п политропном сжатии рассчитывают, но формулам, приведенным в гл. 3.

Степень совершенства компрессорных машин нельзя оценивать термическим КПД, так как их рабочий процесс не является термодинамически замкнутым. Эффективность работы различных компрессоров оценивают, но относительному термодинамическому КПД, характеризующему степень приближения действительного рабочего процесса к идеальному.

В качестве идеального процесса сжатия в охлаждаемых компрессорах принимается изотермический процесс как процесс, па который затрачивается наименьшая работа. В связи с этим вводится понятие изотермического КПД компрессора г|_изт, равного отношению работы (мощности), потребляемой идеальным изотермическим компрессором, к индикаторной работе (мощности), потребляемой в действительности:

Мощность, кВт, расходуемую идеальным компрессором с изотермическим сжатием, определяют по формуле.

где p_v р₂ — давление всасываемого и сжатого воздуха соответственно, 11а; V_x — объем всасываемого воздуха при давлении и температуре во всасывающем патрубке; V — производительность компрессора, м³/с.

По величине изотермического КПД судят об индикаторных потерях в компрессоре, вызванных несовершенством процессов сжатия и расширения, потерями в клапанах, утечками воздуха и т. д.

Изотермический КПД существенно зависит от степени повышения давления р. Максимальное значение изотермического КПД достигается при р ~ 3. При меньших значениях изотермический КПД начинает резко падать, что объясняется ростом относительной величины потерь энергии в клапанах. Это одна из основных причин нецелесообразности применения поршневых компрессоров при малых степенях повышения давления р.

При р > 3 изотермический КПД также снижается, однако в меньшей степени.

Мощность на валу компрессора оценивают по величине полного изотермического КПД, учитывающего индикаторные и механические потери:

Мощность на валу реального компрессора может быть определена по формуле.

Если поршневой компрессор приводится во вращение через ременную передачу, то КПД всей компрессорной установки.

где г|_м — КПД передачи.

У большинства современных воздушных компрессорных установок КПД изменяется в пределах от 0,45 до 0,65.