8.7 Многоступенчатое сжатие

Одноступенчатый компрессор может сжимать давления 5-7 атм.

Сущность применения многоступенчатого сжатия состоит в том, что в каждой ступени газ сжимают до небольшой величины, затем охлаждают и подают на следующую ступень.

Преимущества многоступенчатых компрессоровследующие:

1 Выигрыш в затрате энергии на сжатие.

2 Ограничение температуры конца сжатия.

3 Более высокий коэффициент подачи.

4Рассмотрим индикаторную диаграмму двухступенчатого сжатия с полным промежуточным охлаждением, предполагая, что процесс сжатия происходит по адиабате (рисунок 8.4).

Рисунок 8.4

р - давление после первой ступени (перед второй ступенью)

Суммарная работа в двух ступенях будет

Так как промежуточное охлаждение полное, т.е. , то

тогда

Чтобы определить, при каком значении р адиабатическая работа будет наименьшей, возьмем первую производную S_aд no p и приравняем к нулю:

;

;

;

;

;

.

Это есть условия наивыгоднейшего давления p.

Таким образом, степени сжатия в двухступенчатом компрессоре должны быть одинаковым

;

.

Для z ступеней:

.

Увеличение числа ступеней ведет к приближению процессов сжатия к изотермическому сжатию (при котором работа на сжатие газа минимальная). Однако большое число ступеней приводит к усложнению конструкции компрессора, увеличению потерь в клапанах и системах охлаждения (холодильниках) между ступенями. Вопрос выбора оптимального числа ступеней сжатия в компрессоре решается не только по затраченной энергии, но и с учетом затрат на изготовление компрессора, регулярности его работы и амортизационному сроку службы.

В практике компрессоростроения встречаются, различные соотношения между числом ступеней и конечным давлением, представленые в таблице8.1.

Таблица 8.1

Число ступеней	1	2	3	4	5	6	7
Давления нагнетания, МПа	до 0,7	0,53,0	1,315,0	3,540	15100	20100	45110

8.8 Мощность и кпд поршневого компрессора

Работа, затраченная на сжатие за один цикл работы поршневого компрессора при политропическом процессе:

.

где V_в - объем газа при начальном давлении р_в;

р_н - конечное давление сжатия.

Учитывая, что производительность (расход газа в условиях входа)

и

Получим, что мощность при политропическом процессе сжатия

или

где - подача компрессора.

Регулирование подачи поршневого компрессора

Расход сжатого газа во многом зависит от потребителей, поэтому он обычно не постоянен, а давление часто должно быть постоянным. Поэтому регулирование работы компрессоров сводится к поддержанию постоянного давления путем изменения подачи.

Наиболее распространенными способами регулирования поршневых компрессоров являются:

1) воздействие на привод компрессора: периодические остановки компрессора, изменение числа оборотов вала компрессора;

2. воздействие на коммуникацию компрессора: дросселирование в подводящем трубопроводе, перепуск газа с нагнетательного трубопровода в всасывающий трубопровод;

3. воздействие на компрессор: отжим всасывающих клапанов, изменение объема мертвого пространства.