Охлаждение компрессоров. Ступенчатое сжатие.

Давления, создаваемые компрессорами, работающими в технологических схемах производств, достигают больших значений. Однако получение высокого давления в одной ступени компрессора (в одном компрессорном процессе) затруднительно. Причиной этого в объемных компрессорах (поршневых и роторных) является чрезмерное повышение температуры в конце сжатия, обусловленное невозможно­стью создания конструкции компрессора с достаточно ин­тенсивным отводом теплоты от сжимаемого газа. В комп­рессорах лопастных (центробежных и осевых) причина кроется в недопустимости таких скоростей рабочих лопас­тей, выполненных из материала с определенной прочно­стью, которые обеспечили бы требуемое высокое давление при достаточно высоком КПД процесса. Поэтому следует, во-первых, применять возможно более интенсивное охлаждение газа в процессе сжатия его и, во-вторых, произво­дить сжатие в последовательно соединенных ступенях, осуществляя понижение температуры газа в охладителях, включенных в поток между ступенями.

Общая схема компрессора со ступенчатым сжатием представлена на рис. 4.5.

Применение ступенчатого сжатия с охлаждением газа в охладителях между ступенями дает большую экономию в энергии, расходуемой на привод компрессора. Это отчет­ливо видно на S, Т- и р, -диаграммах двухступенчатого компрессора (рис. 4.6).

Если сжатие производить в одной ступени, то линия сжатия изобразится политропой 1'-2 с показателем n > k. При сжатии для того же интервала давлений в двух сту­пенях процесс изобразится ломаной линией 1'-2'-1"-2",состоящей из двух политроп 1^’-2' и 1"-2" и изобары 2'-1", представляющей собой охлаждение в промежуточном охладителе при давлении р_пр = const. В обеих диаграммах экономия энергии от сжатия в двух ступенях с промежу­точным охлаждением выражается заштрихованными пло­щадками 1"-2'-2-2".

Рис. 4.5. Схема компрессора со сту­пенчатым сжатием:

1 - охладители I и II ступеней; 2 - ко­нечный охладитель; 3, 4, 5 - охладители соответственно I, II и III ступени

В современных компрессорах применяют:

1) охлаждение компрессора подачей воды в специально выполненные полости в отливке корпуса (внутреннее охла­ждение). Этот способ существенно улучшает условия смаз­ки поршневых компрессоров. Добиться этим способом су­щественной экономии энергии, приближая процесс сжатия к изотермическому, не удается. Причина этого - затруд­ненные условия теплообмена между потоками газа и охлаждающей водой;

Рис. 4.6. S, Т и р, - диаграммы двухступенчатого компрессора:

1'-2' - политропное сжатие в первой ступени; 2'-1" - изобарное охлаждение в промежуточном охладителе; 1"-2" - сжатие до конечного давления во второй ступени. Площадь 1"-2'-2-2" - экономия энергии от применения двухступенчатого сжатия с промежуточным охлаждением

2) охлаждение газа в охладителях, устанавливаемых между отдельными ступенями (выносное охлаждение). При этом способе охлаждения, используя трубчатые охладители с большой площадью поверхности, можно получить существенную экономию в расходе энергии. В центробеж­ных компрессорах охладители располагают обычно между группами ступеней, получая, таким образам, более простую конструкцию установки. Известны уникальные конструкции компрессоров с охладителями после каждой центробежной ступени. Такие компрессоры называют изотермическими. Они экономичны в эксплуатации, но конструктивно сложны и стоимость их велика;

3) комбинированное (внутреннее и выносное) охлаждение. Этот способ наиболее эффективен и широко применяется, несмотря на конструктивное усложнение и увеличение стоимости установки;

4) охлаждение впрыском охлаждающей воды в поток газа перед первой ступенью компрессора. При этом способе теплота газа частично расходуется на испарение охлаждающей воды и температура конца сжатия существенно понижается. Недостатком способа является увлажнение газа, что во многих случаях недопустимо.