Chúng ta khảo sát chu trình làm việc của máy nén khí piston mà chúng làm việc với giả thuyết sau:
- Không mất mát công suất cho việc khắc phục lực ma sát.
- Áp suất và nhiệt độ trong đường ống và khoang nạp, cả trong thời gian của quá trình nạp và xả không thay đổi.
- Không có sự cản dòng chảy của khí trong đường nạp, xả và trong các van nạp xả.
- Không có dòng chảy ngược giữa piston và xilanh qua các van làm việc.
- Ở cuối quá trình nén tất cả khí trong xilanh được piston đẩy hết vào đường xả.
a. Quá trình nạp:
Đường 4 –1, Trong quá trình nạp, xilanh được nạp đầy khí từ ống dẫn với áp suất không đổi, cho nên đặc tính là đường đẳng áp.
b. Quá trình nén khí:
Quá trình nén khí được thực hiện ở nhiệt độ không đổi, do tất cả các nhiệt sinh ra được dẫn ra ngoài và quá trình này tương ứng đường đẳng nhiệt
1- 2, nếu thực hiện quá trình nén hoàn toàn không trao đổi nhiệt với bên ngoài - đường đoạn nhiệt 1 –2’’.
- Đường 1 –2’: Đường nén đa biến khi lượng nhiệt sinh ra được giải phóng không hoàn toàn và khi nhiệt độ được tăng lên. Đây là quá trình nén thực tế của máy nén khí.
- Quá trình nén được bắt đầu khi thay đổi hướng chuyển động của piston (điểm 1) và kết thúc khi piston ở điểm 2, lúc đó áp suất trong xilanh bằng áp suất trong đường xả, khi đó van xả được mở ra.
Hình 3.2. Đường đặc tính lý thuyết của máy nén khí.
(Hình trên chỉ ra đặc tính chu trình làm việc lý thuyết của máy nén piston một cấp)
c. Quá trình xả (đường 2 –3):
Bắt đầu với thời điểm mở van xả (điểm 2) và được tiếp tục đến thời điểm đóng nó (điểm 3), khi piston tới cận trái và tất cả khí trong xilanh được piston đẩy hết vào đường xả. Quá trình đó cũng diễn ra với áp suất không đổi tương ứng với đường đẳng áp 2 – 3.
d. Ở thời điểm đổi hướng chuyển động của piston (điểm 3):
Áp suất bị giảm đột ngột đến áp suất đường nạp, vì vậy van nạp được mở. Quá trình này giảm áp suất trong chu trình lý thuyết tuơng ứng với đường đẳng tích (3-4)