7

Лекция 8.

Предел одноступенчатого сжатия газа в компрессоре.

С увеличением параметра  = p₂/p₁ величина коэффициента объемного наполнения _напол. снижается и может стать равной нулю. Значение  при _напол. = 0 – называют объемным пределом сжатия. При этом газ из мертвого пространства, расширяясь займет весь объем! Всасывание невозможно (всасывающий клапан не может открыться).

Второе ограничение – температурное t₂  170C , при t₂ > 170C возможно возгорание смазочных масел. Обычно для того, чтобы отвести тепло (для осуществления охлаждения цилиндра) необходимо t₂  (115C  145C).

Для высокопроизводительных компрессоров   4 . Для низко производительных компрессоров   8 . Если  > 8 , то целесообразно сжатие осуществлять в нескольких ступенях.

Ступень компрессора – совокупность элементов компрессора, обеспечивающая повышение давления и перемещение газа в определенном интервале давлений внутри заданного диапазона.

Одноступенчатый компрессор – повышает давление газа от начального значения до конечного одной ступенью.

Многоступенчатый компрессор.

Многоступенчатый компрессор – повышает давление газа от начального значения до конечного последовательным сжатием более чем в одной ступени. Обычно газ охлаждается в промежуточных охладителях после каждой ступени (иногда после нескольких ступеней). Пусть z – число ступеней,  – отношение давлений  = p_вых/p_вх . Минимальная работа многоступенчатого компрессора диаграмма которого представлена на рис. 1 , как показывает расчет, осуществляется при одинаковом значении  во всех ступенях. При этом практика эксплуатация данных компрессоров рекомендует   (2.5  3.5) . Имеем формулу

 = (p_z+1/p₁)^1/z , p_вх = p₁ , p_вых = p_z+1 ,

которую выведем на семинаре.

Рис. 1.

Адиабатное сжатие в 4-х ступенчатом компрессоре и изобарное охлаждение в нем проиллюстрировано на диаграмме (см. рис. 1). Работа при одинаковом  во всех ступенях рассчитывается как в одноступенчатом компрессоре, но с учетом числа ступеней z .

Адиабатическая работа: .

Температура после адиабатического сжатия находится по уравнению адиабаты

, 

T₂ = T₃ = … = T_z+1 = T_охл^1–1/. (1)

Обычно T_охл = T₁ + (8  10)С.

Изотермическая работа находится из адиабатической в пределе   1 (частный случай политропной работы)

l_T = zRT_охлln() .

О выигрыше в работе при использовании многоступенчатых компрессоров по сравнению с одноступенчатыми легче судить по диаграмме в p , V координатах.

Рис. 2.

На рис. 2 : 0–1 – линия всасывания газа в 1-ой ступени компрессора (нет термодинамического процесса, только изменение массы рабочего тела);

1–2 – адиабатическое сжатие в 1-ой ступени компрессора;

2–а – линия нагнетания в I-ый промежуточный охладитель;

а–3 – линия всасывания во 2-ой ступени компрессора;

3–4 – адиабатическое сжатие во 2-ой ступени компрессора;

4–b – линия нагнетания во II-ой промежуточный охладитель;

b–5 – линия всасывания в 3-ой ступени компрессора;

5–6 – адиабатическое сжатие в 3-ой ступени компрессора;

6–с – линия нагнетания в III-ой промежуточный охладитель;

с–7 – линия всасывания в 4-ой ступени компрессора;

7–8 – адиабатическое сжатие в 4-ой ступени компрессора;

8–d – линия нагнетания газа в резервуар.

Рис. 2. соответствует рис. 1 , только для простоты взяли T_охл = T₁ . Поэтому точки 1 , 3 , 5 , 7 , 9 – лежат на одной изотерме, а точки 2 , 4 , 6 , 8 – на другой. Работа на привод 4-х ступенчатого компрессора в рассматриваемом случае может быть определена площадью фигуры 0–1–2–3–4–5–6–7–8–d–0 . Если процесс адиабатического сжатия до давления p₈ проводить в одноступенчатом компрессоре, то затрачиваемая на это работа будет равна площади фигуры 0–1–10–d–0 . Значит экономия работы численно равна площади 2–3–4–5–6–7–8–10–2 .

Из графиков рис. 2 можно заметить, что с ростом числа ступеней z , при постоянных входном и выходном давлениях, ломанная линия 1–2–3–4–5–6–7–8–9 «зажимается» между двумя близкими изотермами.

z   стоимость  из-за удорожания конструкции. Однако, что иллюстрирует рис. 2, при возрастании z с промежуточным охлаждением получаются меньшие затраты на сжатие газа. Рабочий процесс приближается к изотермическому. Из (1) видно, что при этом   1 .

 = (p_z+1/p₁)^1/z  1 , при z   , 

T₂  T₁  T_j = const = T_охл для всех j и