Материал: 2302

Многоступенчатое сжатие. В компрессорах процесс сжатия происходит в течение очень короткого промежутка времени; в большинстве случаев его можно считать адиабатным. Основываясь на этом допущении, оценим повышение температуры газа, сжимаемого адиабатически. Для этого воспользуемся уравнением состояния

р = R T

и уравнением адиабаты

р k = const.

Пусть при давлении р1 газ имеет температуру Т1. Определим температуру газа Т2 , если его подвергнуть сжатию до давления р2 . Имеем

р1 1 k = р2 2 k

или

1/k

1 p2 . (3)

2 p1

Используя уравнения состояния, можно получить

Решая совместно уравнения (3) и (4), получаем

Пусть в компрессоре сжимается воздух, всасываемый из атмосферы (р1 = 105 Па) при t1 = 20 0С до р2 = 4 105 Па. Известно, что для воздуха показатель адиабаты k = 1,41. Тогда, воспользовавшись выражением (5), имеем

Таким образом,

t2 = Т2 – 273 = 160,6 0С.

50

Так как компрессорные смазочные масла легко воспламеняются, то большая степень сжатия является опасной. Поэтому во избежание чрезмерного нагрева воздуха в компрессоре процесс сжатия разбивается на ряд ступеней. При этом в первой ступени сжимают газ от р1 до р2, во второй – от р2 до р3 и т.п. Между отдельными ступенями устанавливают холодильники, в которых происходит понижение температуры воздуха при перетекании его из одной ступени в другую (рис. 35).

Рис. 35. Установка холодильников между ступенями компрессора: К1 – К3 – ступени компрессора; Х1 , Х2 – холодильники

Многоступенчатое сжатие с промежуточным охлаждением между ступенями «приближает» рабочий процесс к изотермическому. Рассмотрим процесс трехступенчатого сжатия газа с промежуточным охлаждением (рис. 36). Если компрессор сжимает газ от давления р1 до давления р4 в одной ступени, то диаграмма такого адиабатного сжатия характеризуется линией 1-4-4”-1’-1. Пусть в первой ступени газ сжимается по адиабате от р1 до р2 (процесс 1-2). При охлаждении газа в холодильнике температура его уменьшается, точка 2 переместится на исходную изотерму (точка 2’). Сжатие газа во второй ступени происходит по адиабате 2’-3 от р2 до р3 . В холодильнике между второй и третьей ступенями газ охлаждается до начальной температуры (линия 3-3’) и выталкивается в третью ступень, где происходит аналогичное адиабатное сжатие от р3 до р4 (линия 3’-4’). Диаграмма такого трехступенчатого сжатия определяется фигурой, ограниченной линиями 1-2-2’-3-3’-4’-4”-1’-1. Сравнивая диаграммы одноступенчатого и трехступенчатого сжатия, можно отметить, что уменьшение работы сжатия в последнем случае характеризуется заштрихованной площадью.

Таким образом, многоступенчатое повышение давления является менее энергоемким.

51

На рис. 37 показана Т-s-диаграмма рабочего процесса трехступенчатого сжатия при условии, что газ сжимается в отдельных ступенях по политропе n > k и охлаждается почти до первоначальной температуры в каждой ступени без потерь давления в холодильниках, т.е. при р = const. Заштрихованная площадь диаграммы соответствует уменьшению подводимой энергии на сжатие газа при межступенчатом охлаждении.

Применение промежуточных холодильников увеличивает металлоемкость и усложняет конструкцию машины, повышает ее себестоимость на 20 30 % по сравнению с неохлаждаемыми компрессорами. Использование охлаждаемой воды увеличивает эксплуатационные затраты. Применение охлаждения газа должно основываться на результатах технико-экономических расчетов.

52

Ниже приведена зависимость заданной степени сжатия = р2 / р1 от числа ступеней.

Число ступеней:

1………………………………………1 6 2……………………………………...6 30 4…………………………………… 30 100 5……………………………………100 150 6 и более …………………………....150

В многоступенчатых компрессорах при одинаковой работе каждой ступени изотермическая мощность

LИЗ Zр1 1GД ln p2 , p1

где Z – число ступеней. Мощность на валу

NB NИЗ .

ИЗ М

Если работа каждой ступени многоступенчатого компрессора неодинакова, то мощность компрессора равна сумме мощностей отдельных ступеней.

Схемы поршневых компрессоров. Выбор схемы компрессоров зависит от назначения компрессора, условий эксплуатации, производительности (подачи), рабочего давления, числа ступеней и распределения давления между ними. От схемы компрессора в значительной степени зависят размеры, масса и динамическая уравновешенность машины.

Схемы компрессоров характеризуются следующими параметрами: числом ступеней, кратностью подачи, расположением цилиндров, конструкций механизма движения (рис. 38).

По характеру расположения осей цилиндров компрессоры подразделяются на три основные группы: вертикальные, горизонтальные и угловые.

Ввертикальных компрессорах смазочный материал, поступающий

вцилиндр, равномерно распределяется по рабочей поверхности, а попадающие вместе с ним или газом твердые частицы оседают не на цилиндрической, а на торцевой поверхности поршня, которая не соприкасается с внутренней поверхностью цилиндра. Поэтому верти-

53

кальные компрессоры меньше изнашиваются и имеют лучшую герметичность уплотнений.

Силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс в вертикальных компрессорах на фундамент действуют вертикально, что повышает устойчивость компрессоров и позволяет использовать фундаменты меньшей массы. Отмеченные преимущества позволяют выполнять вертикальные компрессоры более быстроходными.

Горизонтальные компрессоры лишены преимуществ вертикальных машин. Однако они более просты в обслуживании.

54