56.Назначение промежуточных холодильников при многоступенчатом сжатии.

Многоступенчатый компрессор. Применение одноступенчатых ком­прессоров для получения сжатых газов с весьма высоким давлением нецелесообраз­но, так как с повышением давления нагнетания объемный КПД и производитель­ность компрессора уменьшаются. Другой причиной ограничения давления сжатия в одной ступени является недопустимость высокой температуры в конце сжатия, которая увеличивается с ростом конечного давления. По­вышение температуры газа выше 200°С ухудшает условия смазки (происходит кок­сование масла) и может привести к самовозгоранию масла.

Для получения сжатого газа более высокого давления (1,0 – 1.2 МПа и выше) применяются многоступенчатые компрессоры с промежуточным охлаждением газа после каждой ступени. Сущность многоступенчатого сжатия может быть пояснена на примере двухступенчатого компрессора, схема которого представлена на рис. 3, а его идеальная (при V_o = 0) индикаторная диаграмма – на рис. 4.

В первой ступени 1 (рис.3 и 4) газ сжимается по политропе 1–2 до давления Р₂, а затем он поступает в промежуточный холодильник 3, где охлаждается до начальной температуры T₁. Гидравлическое сопротивление холодильника по воздушному тракту делают не­большим. Это позволяет считать процесс охлаждения 2–3 изобарным. После холодиль­ника газ поступает во вторую ступень 2, где сжимается по политропе 3–4 до давления Р₃. Если бы сжа­тие до давления Р₃ осуществлялось в идеальном одноступенчатом компрессоре (ли­ния 1–2', рис.4), то величина затраченной за цикл работы определялась бы площадью 012'b0 . При двухступенчатом сжатии с промежуточным охлаждением эта работа численно равна площади 01234b0. Заштрихованная площадь соответствует экономии работы за цикл при двухступенчатом сжатии. Обратите внимание на то, что чем больше ступеней сжатия и промежуточных холодильников, тем ближе будет процесс к наи­более экономичному изотермическому, так как ломанная линия 1–2–3–4 приближается к кривой изотермического сжатия 1–3–5 .

55) Адиабатическое, изотермическое и политропное сжатие в компрессоре. Отличие по производимой работе.

Абсолютное значение работы, затрачиваемой на сжатие 1 кг газа в одноступенчатом идеальном компрессоре (А₀) может быть подсчитано так:

А₀ = А_сж + А_нагн - А_всас = ò Рdv + Р₂ v₂ - Р₁ v₁ . (17.2)

По смыслу работы А₀, А_сж, А_нагн являются отрицательными, а работа процесса всасывания А_всас - положительной, так как на ее совершение энергия не затрачивается (трение отсутствует), и сопротивление воздуха, находящегося справа под поршнем при ходе всасывания, не учитывается, ибо не принимается также во внимание положительная работа этого воздуха при сжатии и нагнетании. В зависимости от характера процесса сжатия ò Рdv имеет значения: для изотермического процесса: А^т = Р₁ v₁ln(Р₁/Р₂); для адиабатного процесса: А^ад = 1/(b – 1)(P₁ v₁ – Р₂ v₂); для политропного процесса: А^пол = 1/(n – 1)(Р₁ v₁ – Р₂ v₂). Тогда теоретическая работа компрессора затрачиваемая на сжатие 1 кг газа, при изотермическом процессе сжатия выразится равенством:

А^т₀ = Р₁ v₁ln(Р₂/Р₁); (17.3)

при адиабатическом процессе сжатия:

А^ад₀ = b/(b – 1)P₁ v₁[(Р₂/Р₁) ^{(b - 1)/b} – 1]; (17.4)

при политропном процессе сжатия:

А^пол₀ = n/(n – 1)Р₁ v₁[(Р₂/Р₁) ^{(n - 1)/n} – 1]; (17.5)

При уменьшении производительности компрессора с увеличением давления сжатого воздуха и ухудшении при этом условий смазки из-за повышения температуры Т₂ одноступенчатый компрессор становится непригодным для получения сжатого газа высокого давления. Обычно одноступенчатые компрессоры применяют для получения сжатого газа давлением не выше 0,8—1 МПа. При необходимости иметь сжатый газ более высокого давления используют многоступенчатые компрессоры.

Как следует из рис.3.1 и сопоставления формул (3.1), (3.2) и (3.3), наименьшая суммарная работа затрачивается при изотермическом сжатии газа. Кроме того, вследствие постоянства температуры в этом процессе создаются благоприятные условия для смазки.

В действительных компрессорах получить изотермическое сжатие практически невозможно, однако, стремятся максимально приблизиться к нему т.е. вести процесс сжатия с показателем политропы (отвод тепла). Поэтому при определении эффективности охлаждаемых поршневых компрессоров величина действительной работы сравнивается с изотермической. Отношение их дает изотермический КПД ( ).