Объемные и энергетические потери поршневых компрессоров

Объемные потери в поршневом компрессоре вызваны следующими причинами:

1) расширение пара из мертвого объема;

2) снижение давления в цилиндре в момент начала сжатия вследствие гидравлического сопротивления всасывающего канала и клапана,

3) пульсации давления во всасывающей полости;

4) подогрев пара во всасывающем канале и цилиндре; а при всасывании влажного пара - испарение жидкости;

5) перетекание сжатого пара из цилиндра через неплотности.

Объемные потери в целом характеризуются коэффициентом подачи, т.е. отношением массовой производительности действительного компрессора к массовой произ-водительности теоретического компрессора, имеющего такой же рабочий объем цилиндра. Коэффициент подачи можно также представить в виде произведения нескольких коэффициентов, отражающих перечисленные выше виды объемных потерь.

,	(18)
где	lс	-	объемный коэффициент, учитывающий расширение паров хладагента из мертвого пространства;
	lдп	-	коэффициент дросселирования и пульсаций, характеризующий отклонение давления в цилиндре в момент начала сжатия от давления перед всасывающим патрубком;
	lw	-	коэффициент подогрева, учитывающий подогрев всасываемого пара и испарение жидкости при всасывании влажного пара;
	lпл	-	коэффициент плотности, учитывающий протечки пара из цилиндра через неплотности.

Объемный коэффициент и коэффициент дросселирования и пульсаций можно определить по индикаторной диаграмме как отношение соответствующих объемов:

,	(19)
.	(20)

Коэффициент l_с можно также рассчитать аналитически:

,	(21)
где	с	-	относительный мертвый объем;
	m	-	показатель политропы процесса обратного расширения.

Показатель политропы обратного расширения, определенный по конечным параметрам, для большинства компрессоров близок к единице.

Коэффициенты подогрева и плотности по индикаторной диаграмме определить невозможно. Коэффициент подогрева определяют расчетным путем по общепринятой эмпирической формуле:

,

(22)

Для более точного вычисления коэффициента подогрева рекомендуется применять следующее соотношение:

,	(23)
где	e	-	степень сжатия.

Коэффициент плотности рассчитывается следующим образом:

,	(24)
где	Gпл	-	протечки через неплотности.

В поршневых компрессорах существуют следующие энергетические потери:

1) газодинамические, обусловленные потерями давления во всасывающем и нагнетательном каналах;

2) потери от теплопритоков к парам хладагента во всасывающем канале и цилиндре;

3) от протечек сжатого пара из цилиндра через неплотности;

4) механические потери, к которым относятся потери на трение;

5) электрические потери в электродвигателе.

В целом энергетические потери характеризуются энергетическим КПД, т.е. отношением мощности N_т, потребляемой теоретическим компрессором, к мощности, потребляемой действительным компрессором:

,	(25)
где	hi	-	индикаторный КПД, характеризующий газодинамические потери и теплообмен в процессе сжатия;
	hw	-	КПД, учитывающий потери, вызванные подогревом всасываемого пара;
	hпл	-	КПД, учитывающий потери энергии, вызванные протечками пара из цилиндра;
	hм	-	механический КПД, учитывающий потери на трение;
	hэд	-	КПД электродвигателя.

Индикаторный КПД определяется отношением теоретической мощности N_т, затраченной на сжатие хладагента, к индикаторной мощности N_i, определенной из индикаторной диаграммы:

.

(26)

Общие энергетические потери от подогрева разделяются на потери от подогрева во всасывающем канале и цилиндре:

,	(27)
где	hwв	-	потери от подогрева во всасывающем канале;
	hwц	-	потери от подогрева в цилиндре,

и определяются отношениями соответствующих температур. Коэффициент h_wв определяется отношением температуры паров на входе в компрессор к температуре паров во всасывающей полости. Коэффициент h_wц - отношением температуры во всасывающей полости к температуре в цилиндре в начале сжатия.

КПД плотности согласно экспериментальным данным примерно равен коэффициенту соответствующих объемных потерь: h_пл = l_пл.

Механический КПД является отношением индикаторной мощности к мощности на валу действительного компрессора:

,	(28)
где	Ni	-	индикаторная мощность;
	Ne	-	мощность на валу компрессора;
	Nтр		потери мощности на трение.

КПД электродвигателя зависит от характеристик встроенного электродвигателя и температуры его обмоток. Для встроенных электродвигателей бытовых холодильников КПД электродвигателя как правило, не превышает 0,7.