2. Многоступенчатое сжатие в поршневых компрессорах.

П ри давлении свыше 0,5 МПа обычно переходя к применению компрессоров двухступенчатого сжатия, а при более высоких давлениях (>2,5 МПа) – к многоступенчатому сжатию. Рассмотрим устройство и принцип действия многоступенчатого компрессора двухступенчатого сжатия.

Г аз вначале поступает в цилиндр низкого давления, затем в промежуточный холодильник и, наконец, в цилиндр высокого давления. Давления и температура засасываемого компрессором газа p , t . В первой ступени компрессора 1 давление и температура газа растут до значений p и t . В холодильнике 3 аз охлаждается до температуры t , а давление остается таки же, как на входе p .

И, наконец, во второй ступени компрессора 2 раз сжимается до давления р , температура газа при этом повышается до t . Такие двухступенчатые компрессоры, в которых сжатие газа производится в двух отдельных цилиндрах расположенных параллельно или последовательно, находят широкое применение. В компрессорах большой производительности цилиндры выполняют с двойным действием поршня.

На рис. Изображен горизонтальный двухступенчатый одноцилиндровый компрессор с дифференциальным поршнем. Как и в предыдущем случае, сжатие газа производится последовательно в двух ступенях – низкого 1 и высокого 2 давления. Газ, сжатый в первой ступени, переходит во вторую ступень через промежуточный холодильник 3. Холодильник представляет собой цилиндр, закрытый с торцов крышками. В цилиндре расположены латунные или стальные трубки, внутри которых протекает охлаждающая вода. Для улучшения теплообмена между газом и охлаждающей вводов в корпусе холодильника установлены перегородки, удлиняющие путь газа (движение газа и охлаждающей воды показано стрелками). Для сжатия газа в обеих ступенях служит один дифференциальный (ступенчатый) поршень. Ход поршня вправо сопровождается всасыванием газа в первую ступень через открытый всасывающий клапан 4, нагнетательный клапан первой ступени 5 в это время закрыт. Одновременно в ступени высокого давления происходит сжатие поступившего из холодильника газа и его нагнетание через нагнетательный клапан 7 в сеть. Всасывающий клапан второй ступени 6 при этом закрыт. При обратном ходе поршня в ступени низкого давления происходит сжатие, а во второй ступени – расширение газа, оставшегося во вредном пространстве, и всасывание.

Компрессоры описанного типа отличаются компактностью конструкции.

На рис представлена диаграмма идеального двухступенчатого сжатия газа.

У меньшение влияния вредного пространства при увеличении числа ступеней сжатия газа можно проследить на рис, где штриховыми линиями нанесена часть действительной диаграммы компрессора. При двухступенчатом сжатии расширение газа, оставшегося во вредном пространстве первой ступени, начнется от точки в, а всасывание от точки г, т.е. будет засосан объем г-1, так как газ, оставшийся в мертвом пространстве, займет объем б-г. При одноступенчатом сжатии расширение раза, оставшегося во вредном пространстве, началось бы от точки а, всасывание – от точки д. Засосанный в этом случае объем д-1 был бы меньше предыдущего на величину г-д.

Как видно из изложенного, многоступенчатое сжатие имеет по сравнению с одноступенчатым следующие преимущества:

1. работа, затрачиваемая на сжатие газа, уменьшается (площадь 5-6-2 -2), т.к. температура и удельный объем газа, поступившего во вторую ступень, снижаются вследствие охлаждения в промежуточном холодильнике;

2. производительность компрессора возрастает, т.к. при том же вредном пространстве объем всасывания г-1 ступени низкого давления больше, чем объем всасывания одноступенчатого компрессора д-1

3. улучшаются вследствие понижения температуры газа условия эксплуатации (уменьшается нагарообразование, улучшаются условия смазки и т.д.)

Недостатками многоступенчатого сжатия являются более сложная коснтрукция компрессоров и увеличение потерь давления (в клапанах, промежуточных холодильниках и дополнительных газопроводах).

Производительность многоступенчатого компрессора определяется по размерам цилиндра первой ступени, как для одноступенчатого компрессора. При этом необходимо учесть, что коэффициент подачи имеет несколько меньшее значение, чем при одноступенчатом сжатии газа.

Индикаторная мощность одноступенчатого компрессора простого действия вычисляется по ф-ле:

N где k-показатель адиабаты; V-производительность компрессора (по условиям всасывания) м /c

У компрессора двойного действия индикаторная мощность равна сумме мощностей для обеих сторон поршня, т.е. N =N +N .

Для многоступенчатого компрессора полная индикаторная мощность равна сумме мощностей всех ступеней. Так в случае двухступенчатого компрессора при одинаковой степени повышения давления в обеих ступенях, кВт:

N где V -объем газа, засасываемого в единицу времени во вторую ступень компрессора, м /c

Определив индикаторную мощность компрессора, можно вычислить потребляемую компрессором мощность, так называемую мощность на валу компрессора

N N ,где -механический кпд компрессора

Потребляемая мощность двигателя компрессора, кВт:

N=K(N / )

Где K=1,1-1,2- коэффициент запаса мощности; -кпд передачи.