5.5 Многоступенчатое сжатие и анализ влияния начальных условий на работу сжатия.

Рис. 5.7. Двухступенчатый процесс сжатия с охлаждением: а - диаграмма; б - диаграмма

На рис. 5.7 на T,s- и p,v  диаграммах показано изменение пара­метров в двухступенчатом компрессоре с одним промежуточ­ным охлаждением. В первой ступени его давление повышает­ся от до , а температура соответственно от до . В промежуточном охладителе температура понижается от до (в идеальном случае охлаждение происходит до темпе­ратуры ). Последующие сжатие и охлаждение определяются соответственно процессами и .

Работа, затраченная на реализацию такого ступенчатого про­цесса, определяется в T,s- и p,v-диаграммах соответственно площадями и .

Если осуществлять сжатие от давления р₁ до р₂ по политро­пе без охлаждения, значения работы сжатия будут опреде­ляться соответственно площадями и . Сниже­ние затраты работы на сжатие выражается площадью диаграм­мы (на рисунке заштрихована).

Нетрудно показать, что увеличение числа ступеней повыша­ет экономичность процесса сжатия.

Минимум затрат энергии на сжатие определяется равномерным распределением суммарной энергии по ступеням:

, (5.9)

где L - полная работа всего компрессора; z - количество ступе­ней сжатия.

Полагаем, что интенсивность охлаждения ступеней одинако­ва и, следовательно, показатели политроп сжатия по ступеням имеют одинаковые значения . Примем также, что начальные температуры процессов сжатия в отдельных сту­пенях одинаковы и равны начальной температуре процесса сжатия в первой ступени

. (5.10)

В соответствии с уравнением политропы равенство энергий по ступеням приводит к условию

. (5.11)

Учитывая или , получаем

(5.12)

Следовательно, минимум затрат энергии многоступенчатого компрессора имеет место при равенстве степеней повышения давления отдельных его ступеней.

На практике от этого правила отступают из-за гидравличес­ких потерь в промежуточных охладителях и, как правило, в сту­пенях высокого давления имеют несколько меньшие значе­ния е.

При сжатии газа температура его повышается. Так как компрессорные смазочные масла имеют температуру вспышки по Бренкену 493 – 533 К, то конечные температуры сжатия 493 – 443 К, получаемые при = 8, являются опасными. Электри­ческие разряды невысокого потенциала, возникающие в проточной части компрессоров, могут вызвать возгорание нагара и затем при достаточной концентрации масляных паров в воздухе взрыв компрессора.

Приведенные соображения ограничивают степень по­вышения давления в одном цилиндре компрессора.

В современных компрессорах с водяным охлаждением степени повышения давления в одном цилиндре выше 7 встречаются редко. В отечественных конструкциях боль­шой подачи . Если степень повышения давления ком­прессора превышает 7, то процесс сжатия ведут в несколь­ких последовательно включенных полостях – ступенях давления. При переходе из одной ступени в другую газ ох­лаждают в промежуточных охладителях.

Количество ступеней, необходимое для достижения за­данной степени повышения давления, принимают в пре­делах:

	Z
До 6	1
6 – 30	2
30 – 100	4
100 – 150	5
Выше 150	6 и более

Увеличение количества ступеней усложняет конструкцию и увеличивает стоимость компрессора. Это обстоя­тельство обусловливает предел увеличения количества ступеней современных компрессоров.

Многоступенчатое сжатие с промежуточным охлажде­нием приближает рабочий процесс компрессора к изотер­мическому. Поэтому при заданной степени повышения дав­ления компрессора применение ступенчатого сжатия обус­ловливает существенную экономию мощности приводного двигателя.

Контрольные вопросы.

1. При каких условиях работа нагнетателя может быть определена разностью энтальпий?

2. Объясните, в каких случаях работа нагнетателя определяется отношением, а в каких разностью давлений?

3. Объясните с какой целью в нагнетателях применяется ступенчатое сжатое.

4. С какой целью выполняется промежуточное охлаждение газа между ступенями сжатия?