разное

Идея цикла. Теоретический компрессор Ворхиса

Идея осуществления двухступенчатого сжатия в одном ци­линдре поршневого компрессора была высказана Г. Ворхисом (США) в 1927 году.

Особенность конструкции компрессора Ворхиса условно пред­ставлена на рис. 13.1. Одноцилиндровый непрямоточный компрессор кроме всасывающего (при давлении р0) и нагнетательного патрубков (при давлении рк) имеет дополнительный всасывающий патрубок (при давлении рпр). Дополнительный всасывающий патрубок соединяется с цилиндром компрессора через всасывающее окно в нижней части цилиндра (без всасывающих клапанов). Нижняя кромка этого всасы-

А) б)

Рис.13.1. Компрессор Ворхиса: а) кинематическая схема; б) процесс сжатия (в диаграмме T-s)

В действительности Г. Ворхис предложил новый цикл работы поршневого холодильного компрессора, однако в литературе прочно закрепилось название «цикл Ворхиса».

Вающего окна соответствует положению поршня НМТ. Темпера­турный режим работы компрессора напрямую связан с его геометри­ческими характеристиками (диаметр цилиндра, ход поршня, частота вращения вала), а также размерами дополнительного всасывающего окна (проходное сечение). Этот факт явился главной причиной невозможности широкого применения поршневых компрессоров, работающих по циклу Ворхиса. Поршневой компрессор Ворхиса не предусматривал даже малейшего отклонения действительного температурного режима работы от расчетного, а в условиях отсутствия автоматического контроля и управления процессами серийное создание и эксплуатация двухступенчатых холодильных машин с компрессором Ворхиса (в предложенном им виде) было совершенно невозможным.

Принцип работы компрессора Ворхиса заключается в следую­щем (рис. 13.2). При прохождении поршня от ВМТ до НМТ проходит обычный процесс всасывания паров при р0- В положении поршня НМТ всасывающее окно (при рпр) открыто полностью. Пары при рпр обладают большей удельной массой и энергией, чем пары, находящиеся в цилиндре компрессора при р0, поэтому, попадая в цилиндр компрессора пары при рпр сжимают пары, находящиеся при Ро до давления рпр, при этом работа на осуществление этого сжатия к

Компрессору не подводится. Процесс сжатия ОТ Ро до рпр происходит мгновенно, поэтому будем считать, что сжатие от р0 до рпр осуществ­ляется в положении поршня НМТ. Если условно принять, что через испаритель циркулирует 1 условный кг рабочего вещества, то коли­чество рабочего вещества, входящего в компрессор Ворхиса при рпр, определяется как у кг. При этом величина у может принимать любые значения (у>1 или у<1) в зависимости от конструктивных особен­ностей компрессора Ворхиса. Сжатие рабочего вещества в количестве (7+у) кг с затратой внешней работы осуществляется от рпр до рк-

Проведем анализ работы компрессора Ворхиса, используя изображение всех процессов, происходящих в компрессоре, в диаг­рамме T-s (рис.13.16). Работу, затрачиваемую в компрессоре Ворхиса, будем сравнивать с работой, затрачиваемой в любой двухступенчатой холодильной машине, работающей по схеме с неполным промежу­точным охлаждением (система дросселирования значения не имеет). Результаты сравнения представлены в Таблице 13.1.

Теперь проанализируем работу компрессора Ворхиса, используя индикаторную диаграмму (рис.13.3):

• процесс а-Ъ - всасывание 1 кг рабочего вещества при р0\

• процесс b~c ~ всасывание у кг при рпр с одновременным сжа­тием 1 кг от ро до рпр. Точка с соответствует (1+у) кг рабочего вещества при рпр\

• процесс c-d - сжатие (1 +у) кг рабочего вещества от рпр до р0\

• процесс d-e - нагнетание (1+у) кг рабочего вещества при рк. Таким образом V - теоретический объем, описываемый

Поршнем компрессора Ворхиса. Если политропу сжатия c-d продлить до р0, то полученный треугольник b-1-c указывает на:

• экономию работы по сравнению с двухступенчатым сжатием;

• уменьшение металлоемкости компрессора Ворхиса по сравне­нию с обычными одноступенчатыми компрессорами, в которых после­довательно осуществляются две ступени сжатия.