Многоступенчатое сжатие газа

При одноступенчатом сжатии газа, осуществляемом в одном цилиндре, невозможно достичь высоких степеней сжатия по следующим причинам:

1 При увеличении степени сжатия t = р ₂/ р ₁ уменьшается всасываемый объем (см. уравнение 70), и при всасываемый объем V _вс = 0. С ростом τ снижается КПД машины.

Рис. 53. Схема двухступенчатого поршневого компрессора

2 При увеличении степени сжатия повышается температура сжатого газа, т. е. снижается вязкость смазывающих внутреннюю поверхность цилиндра масел. Более того, пары масла со сжатым газом могут образовать взрывоопасную смесь.

По этим причинам в одной ступени сжатия обычно огра­ничивают величину степени сжатия: τ<5.

При необходимости получения степени сжатия τ>5 поршневой компрессор выполняют многоступенчатым.

Схема двухступенчатого компрессора приведена на рис. 53.

После первой ступени сжатия газ охлаждается в холодильнике. Это позволяет:

1) снизить температуру сжатого газа;

2) приблизить процесс сжатия в компрессоре в целом к изотермическому, т. е. уменьшить работу за цикл;

3) уменьшить поршневые силы.

Индикаторная диаграмма идеального двухступенчатого компрессора приведена на рис. 54.

Промежуточное давление р _пр следует выбирать таким образом, чтобы на сжатие газа потреблялась наименьшая работа, т. е. заштрихованная площадь на индикаторной диаграмме (см. рис. 54) была наибольшей.

Рис. 54 Индикаторная диаграмма двухступенчатого идеального ком­прессора: 1 — изотермическое сжа­тие газа; 2 — адиабатическое сжатие газа

Вычислим оптимальное промежуточное давление p _пр, для идеального двухступенчатого компрессора, в теплообменнике которого газ охлаждается до начальной температуры Т ₀, т. е. реализуется условие

где V ₁ ^I — всасываемый объем 1-й ступени сжатия; V ₁ ^II — всасываемый объем 2-й ступени сжатия.

Работа за цикл двухступенчатого компрессора с учетом уравнения (66) можно вычислить по формуле

Для нахождения минимума функции A = f (p _пр) вычислим производную dA/dp _при приравняем ее к нулю. Нетрудно найти, что отвечающее этому условию промежуточное давление составит . Это соотношение эквивалентно зависимости , где t₁ = р _пр/ р ₁— степень сжатия 1-й ступени; t₂ = р ₂/ р _пр — степень сжатия 2-й ступени; t_к = р ₂/ р ₁— степень сжатия газа в компрессоре.

Если компрессор имеет s ступеней сжатия, то аналогичные расчеты позволяют найти условие оптимального выбора распределения степеней сжатия по ступеням:

Дата добавления: 2015-07-02