Sprężarka tłokowa - sprężarka, w której zwiększanie ciśnienia gazu następuje wskutek ruchu posuwistego tłoka w cylindrze. Należy zatem do grupy sprężarek objętościowych.

Sprężarka jest podstawowym przykładem otwartego układu termodynamicznego.

Sprężarka tłokowa składa się z korpusu (karteru) cylindra, głowicy wraz z umieszczonymi w niej zaworami i układu korbowego (tłoka połączonego sworzniem z korbowodem i z wału korbowego). Tłok wykonuje ruch posuwisto-zwrotny. Gdy tłok porusza się na dół w cylindrze powstaje podciśnienie i pod wpływem różnicy ciśnień między ciśnieniem atmosferycznym i ciśnieniem w cylindrze otwiera się zawór ssący i powietrze napływa do cylindra. Jest to suw ssania. Gdy tłok osiągnie skrajne dolne położenie i rozpoczyna ruch w górę, zawór ssący zamyka się i następuje sprężanie powietrza znajdującego się w cylindrze. W miarę przemieszczania się tłoka ciśnienie w cylindrze wzrasta. Gdy uzyska ono wielkość wyższą od ciśnienia tłoczenia zawór tłoczny otwiera się i powietrze zostaje wytłoczone przez tłok z cylindra. Trwa to do momentu, aż tłok nie osiągnie skrajnego górnego położenia. Od tej chwili cykl się powtarza.
Rodzaje sprężarek tłokowych. Ze względu na przebieg pracy sprężania, sprężarki tłokowe dzieli się na jednostopniowe i wielostopniowe. Pod względem budowy sprężarki tłokowe dzieli się na: - jednocylindrowe i wielocylindrowe, - stojące i leżące, o jednostronnym lub dwustronnym działaniu tłoka.

Schemat sprężarki tłokowej

Parametry pracy maszyn sprężających p_s - ciśnienie ssawne na wlocie do sprężarki p_t - ciśnienie tłoczne na wylocie ze sprężarki π = p_t/p_s - stosunek sprężania (spręż) Δp = p_t - p_s spiętrzenie statyczne lub całkowite
Podstawowe parametry techniczne sprężarek tłokowych

1. Wydajność Rzeczywista wydajność Qr sprężarki tłokowej jednostronnego działania tzn. objętość gazu sprężonego i wytłoczonego z cylindra w jednostce czasu, zredukowaną do ciśnienia i temperatury ssania, oblicza się wg wzoru Q_rz = λ Q_teor przy czym: Q_teor= F s n i_c [m3/s] Współczynnik wydajności λ jest to stosunek rzeczywistej wydajności sprężarki Qr do wydajności teoretycznej Qt (na ogół λ = 0,65 0,9). 2. Moc Moc jednego cylindra P1i sprężarki przy jednostronnym zasysaniu gazu można obliczyć znając średnie ciśnienie indykowane pi oraz wydajność jednego cylindra Qt N_w = N_i/η_m [kW]
Średnie ciśnienie indykowane pi wyznacza się z zakresu indykatorowego, podobnie jak w przypadku tłokowego silnika spalinowego. Moc indykowana całkowita Pi sprężarki jest równa sumie mocy indykowanej wszystkich cylindrów. Należy przy tym uwzględnić fakt, czy sprężarka działa jednostronnie, czy dwustronnie. Moc potrzebną do napędu sprężarki (moc na wale sprężarki) oblicza się wg wzoru [kW] 3. Sprawność Straty energetyczne i objętościowe zachodzące w sprężarkach tłokowych sprawiają, że praca potrzebna do sprężania określonej ilości gazu musi być większa od pracy teoretycznej. Straty cieplne określa sprawność indykowana ηi , natomiast miarą strat mechanicznych jest sprawność mechaniczna określona wzorem Sprawność mechaniczna sprężarek tłokowych zawiera się w granicach 0,85 0,98. Mniejsze wartości dotyczą małych sprężarek, najwyższe zaś wartości - sprężarek bezkorbowych.
Sprawność ogólna (efektywna) ηe sprężarki jest to stosunek mocy teoretycznej (sprężania izotermicznego) do mocy rzeczywiście pobranej z silnika

Wykres dla sprężarki idealnej

Wykres dla sprężarki rzeczywistej

Planimetr - przyrząd mechaniczny lub elektroniczny do wyznaczania pola powierzchni figur płaskich. Planimetr jest to przyrząd składający się z dwóch ramion: biegunowego i wodzącego. Ramię wodzące posiada na jednym końcu wodzik a na drugim kółko całkujące. Ramię biegunowe przymocowane jest do obciążnika stojącego na igłach, dzięki czemu nie przemieszcza się on po mapie. Pomiar wykonuje się przez ustawienie nieruchomo części instrumentu z kółkiem całkującym na zewnątrz mierzonego pola i oprowadzenie wodzika po obwodzie tego pola zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Odczytu dokonuje się z tarczy poziomej, bębna oraz noniusza. Wynikiem jest liczba czterocyfrowa. Aby odczytać rzeczywistą wielkość powierzchni, należy wyznaczyć stałą planimetru. W tym celu należy pomierzyć planimetrem figurę o znanej powierzchni (P1) np. kwadrat o boku 10 cm albo koło o znanym promieniu. Wynik to różnica odczytów z planimetru po pomiarze (n2) i przed pomiarem (n1). Można wyzerować przyrząd przed przystąpieniem do pomiarów, wtedy wynikiem jest odczyt po dokonaniu pomiaru (n2). Następnie ze wzoru (n2 − n1) * c1 = P1 wylicza się stałą planimetru c1: c1 = P1 / (n2 − n1). Aby przyspieszyć obliczenia, należy zmienić długość ramienia biegunowego z takiej, jaka była na początku R1 na taką R2, przy której stała c będzie równa np. 100. Wylicza się tę długość ze wzoru: R2 = R1 * c2 / c1, gdzie długość R1 jest odczytaną, c1 wyliczoną poprzednio, a za c2 przyjmuje się w wysokości np. 100. Następnie reguluje się długość ramienia biegunowego na taką, jaką wyliczono i przyjmuje się do dalszych obliczeń stałą np. c2=100. Teraz można już planimetrować szukane pola. Ich wielkość oblicza się ze wzoru: P = c2(n2 − n1)

Sprężarki tłokowe wielostopniowe Między poszczególnymi stopniami sprężarki wielostopniowej stosuje się chłodnice, w których czynnik jest chłodzony do temperatury początkowej i dopiero wtedy kierowany do kolejnego cylindra. Zmniejsza to pracę oraz ogranicza temperaturę końcową sprężanego czynnika.
Gaz o ciśnieniu p1 i temperaturze T1 zostaje sprężony politropowo w cylindrze I stopnia do ciśnienia p2. Jednocześnie jego temperatura wzrasta od T1 do T2. Gaz ten ulega następnie ochłodzeniu w chłodnicy międzystopniowej od temperatury T2 do temperatury początkowej T1. Gaz o parametrach p2 i T1 zostaje ponownie sprężony w cylindrze II stopnia do ciśnienia końcowego p3. Jego temperatura wzrośnie jednocześnie od T1 do T3.
Im większa jest liczba stopni sprężania z chłodzeniem gazu między poszczególnymi stopniami, tym proces sprężania w sprężarce wielostopniowej jest bliższy przemianie izotermicznej. Spotyka się sprężarki tłokowe nawet siedmiostopniowe, umożliwiające uzyskanie sprężonego gazu o ciśnieniu nawet do 200 MPa. Założenia dla sprężarki wzorcowej Jest to sprężarka w której:

• nie ma tarcia w parze tłok cylinder, • zawory nie tworzą tzw. miejscowego oporu hydraulicznego przy przepływie czynnika, • sprężanie czynnika ma charakter politropowy

Jeżeli dodatkowo Vsz = 0 i sprężanie jest izotermiczne lub adiabatyczne to wzorzec jest tzw.

sprężarką idealną. W przypadku sprężania politropowego i Vsz > 0 mowi się o sprężarce połidealnej. Wzorce służą do oceny termodynamicznej stopnia doskonałości rzeczywistych

sprężarek tłokowych.

---