Индикаторная диаграмма двухступенчатого компрессора

На рис. 3.5. показана индикаторная диаграмма идеального рабочего процесса в двухступенчатом компрессоре. В первой ступени сжатие происходит так же, как и в одноступенчатом компрессоре. Когда газ из первой ступени подается в охладитель, во второй осуществляется этап всасывания газа после охладителя. Подача газа второй ступенью происходит при закрытом всасывающем клапане этой ступени.

Температура газа, поступающего после сжатия из первой ступени в охладитель, понижается в нем до температуры газа на входе в первую ступень компрессора Т₁ (пунктирная линия 1—а соответствует изотермическому процессу сжатия газа). Таким образом, состояние газа после охладителя соответствует сжатию его в первой ступени по изотермическому процессу. Изобарический процесс, т. е. процесс, протекающий при постоянном давлении (линия 2—1'), характеризуется охлаждением газа при его движении от первой до второй ступени компрессора через охладитель. Этапу сжатия во второй ступени соответствует линия 1' -2'.

Рис. 3.5. Индикаторная диаграмма идеального цикла двухступенчатого сжатия

Процессу одноступенчатого сжатия без промежуточного охлаждения соответствует линия 1—b. Таким образом, в двухступенчатом компрессоре работа сжатия газа меньше работы сжатия газа в одноступенчатом компрессоре на величину площади 2— b -2'—1' индикаторной диаграммы.

Работа сжатия газа в двухступенчатом компрессоре определяется по формуле:

.

Если температура газа после охладителя становится равной температуре газа на входе в первую ступень компрессора, то

Тогда

. (3.18)

Исходя из равенства (3.18) минимальное значение работы получается при условиях:

(3.19)

Степени повышения давления в каждой из ступеней компрессора равны между собой, а температура на выходе из компрессора имеет при этом наименьшее значение.

В зависимости от ξ применяются компрессоры со следующими числами ступеней z:

ξ	1…7	5…30	13…150	35…400	150…1100
z	1	2	3	4	5…7

При реальном процессе работа сжатия увеличивается за счет потерь мощности в клапанах, недостаточного охлаждения газа, изменения свойств газа при сжатии и других факторов. Практически реальный рабочий процесс ступенчатого сжатия соответствует идеальному рабочему процессу.

3.7. Мощность и коэффициент полезного действия поршневого компрессора

Мощность привода компрессора слагается из индикаторной мощности сжатия, мощности, затрачиваемой на механические потери в механизмах компрессора и передачах от привода к компрессору, и мощности, затрачиваемой на привод вспомогательных устройств (например, насосов системы смазки).

Таким образом, общая мощность привода равна:

N=N_инд+N_м1+N_м2+N_всп.

Индикаторная мощность, затрачиваемая на сжатие газа, определяется по удельной индикаторной работе:

, (3.21)

где t - время, с.

Индикаторная работа определяется в зависимости от характера процесса сжатия (изотермический, адиабатический или политропический) .

Индикаторная мощность многоступенчатого компрессора определяется как сумма индикаторных мощностей всех ступеней компрессора. Мощность N_м1, затрачиваемая на механические потери в компрессоре, слагается из потерь мощности в опорах скольжения или качения, в местах трения в уплотнительных устройствах и у поршня. Потери мощности N_м1 учитываются механическим КПД η_м1, который колеблется в пределах 0,9...0,93 для вертикальных компрессоров, 0,88...0,92 - для горизонтальных компрессоров и 0,8.. .0,85 - для небольших горизонтальных компрессоров.

Потери мощности в передаче N_м2 учитываются механическим КПД η_м2, который равен 0,9...0,95 для ременной передачи и 0,85.. .0,92 - для зубчатой.

Мощность, затрачиваемая на привод вспомогательных механизмов N_всп определяется в зависимости от типа механизма, учитывая КПД η_всп. Мощность привода выбирают с запасом на 10... 12 % мощности компрессора.