Объемный компрессор - это компрессор статического сжатия, который создается за счет уменьшения объема, в котором находится газ.
На рисунке 3.4 показана принципиальная схема одноступенчатого поршневого компрессора.
Коленчатый вал компрессора приводится во вращение от электродвигателя или от поршневого двигателя внутреннего сгорания. При движении поршня от крайнего верхнего положения (верхняя мертвая точка - ВМТ) до нижней мертвой точки (НМТ) в цилиндр с оболочкой, охлаждается, через автоматический клапан А из окружающей среды всасывается газ. Нагнетательный клапан В при этом закрыт под действием давления газов в резервуаре, который больше атмосферного. При обратном движении поршня от НМТ к ВМТ газ начинает сжиматься, давление его увеличивается, и всасывающий клапан закрывается. Процесс сжатия продолжается до тех пор, пока давление в цилиндре не станет равным (практически чуть больше) давления в резервуаре. Тогда клапан В открывается, и начинается процесс нагнетания сжатого газа в резервуар до тех пор, пока поршень не придет в ВМТ. Рассмотрим рабочий процесс в РУ-координатах для идеального одноступенчатого компрессора (идеального в том смысле, что в нем не учитываются потери на трение, а утечки газа и объем вредного пространства, т.е. объем между крышкой цилиндра и днищем поршня при его положении его в ВМТ, принимаются равными нулю).
С началом нового хода поршня открывается всасывающий клапан А, давление в цилиндре падает от Р2 к Ри теоретически мгновенно, то есть по вертикали C-D (см. рис. 3.5, а), и рабочий процесс повторяется. Заканчивается он за два последовательных хода поршня. Итак, компрессор представляет собой двухтактный машину. Площадь теоретической индикаторной диаграммы D-1-2-C, графически изображает круговой процесс, равна работе, которую выполняет компрессор за один оборот его вала. Нужно иметь в виду условность названия кругового процесса (цикла) компрессора, так как всасывания и нагнетания не является термодинамическими процессами, поскольку они происходят при переменной количества газа. В этом состоит отличие индикаторной диаграммы от Pv-диаграммы, строится для постоянного количества рабочего тела. В индикаторной диаграмме D-1-2-C сжатие газа 1-2-термодинамический процесс, так как в нем участвует постоянное количество газа. Очевидно, что при одинаковом конечном давлении P2 конечный объем V2 будет разный в зависимости от характера кривой процесса сжатия 1-2, поэтому будет разная и работа, которая расходуется на привод компрессора.
Сжатие газа может протекать по изотермой, адиабаты и политропы. Как следует из рисунка 3.5, б, наиболее выгодным процессом сжатия по расходу работ извне для привода компрессора является изотермический процесс 1-2 '. Однако изотермический сжатие газа в компрессоре является практически неосуществимым, и кривая сжатия обычно располагается между изотермой и адиабаты и может быть принята за политропы с показателем Л = 1,2-1,25. Чем интенсивнее будет охлаждения газа при сжатии (чаще водой, проходящей через оболочку компрессора), тем больше будет политропы сжатия 1-2 отклоняться от адиабаты 1-2 "сторону изотермы 1-2 '. С уменьшением теплообмена показатель П увеличивается.
Объемный КПД уменьшается с увеличением вредного пространства и при определенном значении Ушк может стать равным нулю. При неизменном Ушк с повышением давления сжатия объемный КПД и производительность компрессора будут уменьшаться и когда линия сжатия будет пересекать линию вредного пространства, объемный КПД вращается в нуль.
За счет уменьшения производительности компрессора с увеличением давления сжатого воздуха одноступенчатый компрессор становится непригодным для получения сжатого газа высокого давления. Конечно одноступенчатые компрессоры применяют для получения сжатого газа давлением не выше 0,8-1 МПа. При необходимости иметь сжатый газ более высокого давления используют многоступенчатые компрессоры.
В многоступенчатых компрессорах сжатие газов осуществляется последовательно в нескольких цилиндрах (до семи) с промежуточным охлаждением после каждого цилиндра в специальных холодильниках. При таком принципе работы сжатие газа в каждом цилиндре возможно при температурном режиме, который обеспечивает благоприятные условия смазки. В промежуточных холодильниках после каждого цилиндра газ охлаждают при постоянном давлении, равном давлению конечного сжатия в соответствующей степени.