Многоступенчатое сжатие

Применяется для получения высоких давлений путём последовательного прохождения ступеней сжатия с обязательным промежуточным охлаждением газа. Объёмы цилиндров последовательно уменьшаются!!!

1. Однорядный двойного действия со ступенями сжатия в отдельных цилиндрах. Поршни движутся в одном направлении – поэтому возникают большие инерционные силы.

1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – всасывающий клапан; 4 – нагнетательный клапан; 5 – шатун;

6 – ползун (крейцкопф); 7 – кривошип; 8 – маховик; 9 – промежуточный холодильник.

2. Оппозитный двухрядный. С противоположным движением поршней. Это позволяет уравновесить силы инерции. Достигается большая скорость вращения коленвала и, следовательно, становится выше производительность.

1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – всасывающий клапан; 4 – нагнетательный клапан; 5 – шатун;

6 – ползун (крецкопф); 7 – кривошип; 8 – маховик; 9 – промежуточный холодильник.

3. Двухступенчатый простого действия с V-образным расположением цилиндров. Имеет ряд достоинств: уменьшение занимаемых производственных площадей; непосредственное соединение с электродвигателем.

1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – всасывающий клапан; 4 – нагнетательный клапан; 5 – шатун; 6 – ползун (крецкопф); 7 – кривошип; 8 – маховик; 9 – промежуточный холодильник.

4. Двухступенчатый с дифференциальным поршнем (поршнем переменного сечения). Имеет возможность в одном цилиндре производить две или более ступеней сжатия.

1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – всасывающий клапан; 4 – нагнетательный клапан; 5 – шатун;

6 – ползун (крейцкопф); 7 – кривошип; 8 – маховик; 9 – промежуточный холодильник.

При числе ступеней сжатия n и степени сжатия в одной ступени получаем:

С учётом потерь давления между ступенями

Обычно степень сжатия в одной ступени , чтобы температура газа в конце сжатия не превышала 150-160 ⁰C. Производительность многоступенчатого компрессора определяется производительностью первой ступени.

Энтропийная диаграмма (t-s) для многоступенчатого компрессора

Допущения:

1. Газ охлаждается до начальной температуры;

2. Потери давления в холодильнике равны нулю;

3. Мёртвые пространства не учитываются.

Линия BK соответствует изотермическому сжатию от давления P₁ до P_к; (в одноступенчатом компрессоре).

Линия AL соответствует политропическому сжатию в одноступенчатом компрессоре.

Процесс многоступенчатого сжатия с промежуточным охлаждением более близок к изотермическому.

Если степени сжатия постоянны по ступеням и T_вых=T₁, то теоретическая работа многоступенчатой машины

Предельная температура в конце сжатия:

Теоретический объёмный КПД машины:

Ротационные компрессоры и газодувки

1. Пластинчатые компрессоры

Схема ротационного пластинчатого компрессора:

1 – корпус; 2 – ротор; 3 – скользящие пластины

AB – всасывание; BC – сжатие; CD – нагнетание; DA – расширение газа в «мёртвом» пространстве.

Пластины свободно перемещаются в пазах эксцентрично расположенного ротора. Центробежная сила плотно прижимает пластины к внутренней поверхности.

Давление в одноступенчатом компрессоре 2,5-5 атм.

Давление в двухступенчатом компрессоре 8-15 атм.

2. Водокольцевые компрессоры.

Схема ротационного водокольцевого компрессора:

1 – корпус; 2 – ротор; 3 – всасывающее отверстие; 4 – нагнетательное отверстие.

В корпусе эксцентрично расположен ротор с лопатками плоской формы. Вода отбрасывается при вращении ротора к периферии и образует водяное кольцо, соосно с корпусом компрессора и эксцентрично по отношению к ротору.

Между лопатками и водяным кольцом образуются ячейки, объём которых изменяется.

Водокольцевые компрессоры используются в качестве вакуум-насосов или гузодувок (небольшого избыточного давления).

Они носят ещё название компрессоров с жидкостным поршнем (его роль играет водяное кольцо).

3. Ротационные газодувки

Схема ротационной газодувки:

1 – корпус; 2 – барабан (поршень); 3 – всасывающий патрубок; 4 – нагнетательный патрубок.

На двух параллельных валах вращаются два барабана. Первый вращается от электродвигателя, второй связан с ним зубчатой передачей с n=1.

При вращении поршни плотно прилегают друг к другу, образуя две разобщённые камеры. В одной происходит всасывание, в другой нагнетание.