Сжатые газы нашли широкое применение в технике. Сжатый воздух используется в пневмоинструментах, в тормозных устройствах на транспорте, а также для пуска, продувки и распыливания жидкого топлива в двигателях внутреннего сгорания; компрессоры являются важнейшими агрегатами газотурбинных установок и холодильных машин.

Типы компрессоров отличаются друг от друга конструктивным выполнением, принципом работы и технико-экономическими характеристиками, однако с термодинамической точки зрения, протекающие в них процессы совершенно одинаковы.

Рассмотрим термодинамическое исследование работы компрессора на примере работы поршневого компрессора.

 

 

Рис.1.4.11 Идеальный одноступенчатый поршневой компрессор и его индикаторная диаграмма

 

      Компрессор состоит из цилиндра 1 , в котором перемещается поршень 2. На крышке цилиндра расположены клапаны – всасывающий 3  и нагнетательный 4,  которые при работе компрессора автоматически открываются и закрываются под действием разности давлений газа внутри цилиндра и в трубопроводах.

При термодинамических исследованиях принимаем, что поршень перемещается без трения и в своем левом крайнем положении подходит вплотную к крышке цилиндра; клапаны 3 и 4 мгновенно открываются и закрываются, не оказывая гидравлических сопротивлений проходящему газу.

При движении поршня слева направо открывается всасывающий клапан 3 и атмосферный воздух заполняет цилиндр, при этом давление в цилиндре постоянно и равно Р₁. На диаграмме этот процесс изображается линией  а-1,  которая называется линией всасывания.

После заполнения ЦИЛИНДРА ВОЗДУХОМ ПОРШЕНЬ НАЧИНАЕТ ДВИГАТЬСЯ В ОБРАТНОМ НАПРАВЛЕНИИ И ВСАСЫВАЮЩИЙ КЛАПАН ЗАКРЫВАЕТСЯ. нА ОПРЕДЕЛЕННОМ УЧАСТКЕ ДЛИНЫ ЦИЛИНДРА ПОРШЕНЬ ПЕРЕМЕШАЕТСЯ ПРИ ЗАКРЫТЫХ  ВСАСЫВАЮЩЕМ И НАГНЕТАТЕЛЬНОМ КЛАПАНАХ  И ВОЗДУХ СЖИМАЕТСЯ ПО ЛИНИИ 1-2  до тех пор, пока его давление не достигнет расчетного значения Р₂. В этот момент открывается нагнетательный клапан 4 и при дальнейшем движении поршня сжатый воздух при постоянном давлении Р₂ выталкивается из цилиндра в резервуар.

Этот процесс на диаграмме изображается линией 2-b, которая называется линией нагнетания.

При рассмотрении работы компрессора необходимо обратить внимание на то, что изобарные процессы всасывания и выталкивания газа не являются процессами изменения его состояния. Изменения объема на этих процессах происходит только за счет количества всасываемого и выталкиваемого из цилиндра газа.

Поэтому линия всасывания а-1 и линия нагнетания 2-b не изображают термодинамические процессы.

С началом нового хода поршня нагнетательный клапан закрывается, а всасывающий открывается, вследствие чего давление в цилиндре мгновенно понижается от Р₂ до Р_1.

Площадь а 12b изображает работу, затраченную в компрессоре на сжатие.

Цилиндр и крышка компрессора обычно охлаждается водой, которая циркулирует через так называемую водяную рубашку, образуемую полыми стенками цилиндра (на рис не показана.

 

 

Рис. 1.4.12 Р-v диаграмма работы компрессора при различных процессах сжатия.

 

В зависимости от степени охлаждения компрессора процесс сжатия воздуха (рисунок 1.4.12) может быть :

Из диаграммы видно, что работа, затрачиваемая компрессором на сжатие воздуха, при изотермическом сжатии (процесс 1-2´) будет наименьшей, а при адиабатном сжатии (процесса 1-2´´) – наибольшей.

а-1 – всасывание воздуха в компрессор.

2-b – нагнетание воздуха.