5.6 Ступеневе стиснення газу в поршневому компресорі

Ступеневе стиснення газу приводить до ускладнення компресорного господарства, але його застосування викликане наступними причинами.

Перш за все, воно необхідне у випадку, коли температура в кінці циклу стиснення газу перевищує допустиму за умовами безпеки і нор-

Рисунок 5.7 – Схематизована індикаторна діаграма при критичному

відношенні тисків

мального мащення компресорів. При температурі (180 ... 200) С компресорне мастило починає інтенсивно розкладатися. На гарячих поверхнях утворюється нагар – шар продуктів окислення мастила, лакоподібна плівка із загустілого мастила. Нагар затрудняє охолодження, мішає правильній дії поршневих кілець (можливе заклинювання, поломка кілець, задири циліндра ) і клапанів, підвищує сили тертя, зношування і аеродинамічний опір клапанів. В повітряних компресорах нагар у вихідних трубах може самозагорятись, що супроводжується підвищенням температури і навіть вибухами. А тому відношення тисків в одній ступені компресора обмежується, за виключенням невеликих компресорів з нормальними умовами охолодження, зношенням .

Обмеження температури стисненого газу – не єдина причина ступеневого стиснення, яке використовується в компресорах без мащення циліндрів. Справа в тому, що при розподілі процесу підвищення тиску газу на ступені з проміжними охолодженнями робота зміни тиску відбувається при менших питомих об’ємах, завдяки чому досягається економія потужності. Разом з цим збільшуються втрати в клапанах і міжступеневих комунікаціях, ускладнюється конструкція компресора і вся компресорна установка за рахунок холодильників і комунікацій, тому для даного значення існує рентабельне число ступеней, яке залежить від співвідношення між вартістю машини і затратами енергії на стиснення газу.

Чим менші затрати на енергію (наприклад, при систематично неповному завантаженні компресора) і чим більші витрати на проміжне охолодження, тим вигідніший компресор з малим числом ступеней. На практиці використовують наступні числа ступеней Z:

Z	1	2	3	4	5...7
	 7	5 ...30	13 ...150	35 ...400	150...1100

Графік робочого процесу при триступеневому стисненні газу приведений на рис.5.8.

Рисунок 5.8 – Робочий процес при ступеневому стисненні газу

Заштрихована площа на рис.5.8 – це економія роботи стиснення (економія потужності на приводі компресора) внаслідок проміжного охолодження газу після кожної ступені стиснення.

При ступеневому стисненні газу (в ідеальному випадку) відношення тисків у компресорі буде

, (5.29)

де , ... – відношення тисків у першій, другій ... Z-ій ступенях.

Розподіл температур в багатоступеневому компресорі залежить від ступені охолодження газу в холодильниках. Охолодження називається повним, якщо температура газу на вході всіх ступеней така ж, як і температура всмоктування в першу ступінь. Практично охолодження газу не буває повним. Границя можливого охолодження газу визначається початковою температурою охолоджуючого агенту (води, повітря). При неповному охолодженні фактична різниця температур складає 5...15 С (порівняно з температурою всмоктування в першу ступінь).

Для повного охолодження необхідно щоб вода, яка поступає, була холоднішою від газу, що всмоктується в першу ступінь.