Наиболее простым представителем объемных компрессоров является поршневой компрессор, который в настоящее время находит применение только на крупных двухтактных двигателях с турбонаддувом в качестве компрессора второй ступени, вклю­ченного параллельно или последовательно с турбокомпрессором. В этом случае поршневой компрессор часто механически соеди­нен с крейцкопфом или выполнен как компрессор двойного дей­ствия для того, чтобы лучше использовать занимаемый им значи­тельный габаритный объем. Из графика на рис. 4.1 видно влия­ние вредного пространства и давления на выходе р₂ на объем на­полнения V_н (объем всасывания) компрессора. Вследствие рас­ширения заключенного во вредном пространстве количества воздуха в период наполнения цилиндра объем всасывания умень­шается тем сильнее, чем больше вредное пространство и чем выше давление на выходе р₂, сравните V_н1 и V_н2.

Объемный расход V₁ = G_в / ?₁ пропорционален рабочему объему V_hк, частоте вращения n_к и коэффициенту наполнения компрессора ?_?к, причем последний зависит от степени повыше­ния давления и (в определенной мере) от частоты вращения (по­тери на дросселирование). Нагреванием воздуха на входе из-за его небольшого влияния можно пренебречь.

V₁ = V_hкn_к?_?к. (4.1)

Отсюда для компрессоров объемного типа линии постоянных ча­стот вращения на характеристике получаются слегка наклонен­ными к оси ординат (рис. 4.2).

Линия сжатия поршневого компрессора проходит прибли­зительно изоэнтропно, при охлаждаемых стенках отводится не­которое количество теплоты, т. е. п ? k. Превышение изоэнтропной мощности компрессора обусловливается в первую очередь потерями при дросселировании и механическим трением привод­ного механизма, которые увеличиваются с ростом частоты вращения, а также утечками через неплотности в клапанах и пор­шнях, влияние которых с возрастанием частоты вращения умень­шается.

Вследствие того, что поршневые компрессоры для двигателей меньших размеров оказываются слишком большими по габари­там, для них — в случаях использования нагнетателей объем­ного типа — применяются только ротационные компрессоры, типичным представителем которых является винтовой компрес­сор. На рис. 4.3 показаны роторы винтового компрессора, а на рис. 4.4 — его характеристика.

По сравнению с роторно-лопастными нагнетателями типа Рут винтовые компрессоры имеют значительно лучшие к. п. д. и до­пускают более высокие степени повышения давления воздуха. Роторы винтового компрессора в процессе работы не соприка­саются друг с другом, а также с корпусом при минимально воз­можных зазорах. Воздух, заполняющий винтовые впадины ве­домого ротора, проталкивается зубьями ведущего ротора со сто­роны всасывания к стороне нагнетания и таким образом сжи­мается. Так как роторы и корпус не охлаждаются и при этом имеют место утечки воздуха через зазоры, процесс сжатия про­текает с показателем политропы, большим чем k. Почти постоян­ный наклон линий n = const к оси ординат независимо от частоты вращения обусловливается тем, что утечки в зазоры являются функ­цией только времени и разности давлений, но не частоты вращения.

Как видно из рис. 4.4, оптимальное значение к. п. д. — 82% (включая механические потери на трение) — для сравнительно малой производительности (~0,3 м³/с) является весьма высоким. К преимуществам компрессоров этого типа наряду с их компакт­ностью, достигаемой высокой быстроходностью, относится также отсутствие примесей масла в нагнетаемом воздухе.

Характерными особенностями объемных компрессоров яв­ляются следующие.

1. Линии п = const на характеристике расположены с кру­тым наклоном, благодаря этому с возрастанием степени повыше­ния давления происходит лишь небольшое уменьшение произ­водительности.

2. Степень повышения давления в широких пределах не за­висит от частоты вращения, т. е. и при малой производитель­ности может быть достигнута высокая степень повышения дав­ления.

3. Отсутствие области неустойчивой работы компрессора; он может работать во всем диапазоне характеристики, опреде­ляемом размерами компрессора.

4. Производительность (объемный расход) приблизительно ли­нейно пропорциональна частоте вращения и практически не за­висит от степени повышения давления.