Ступенчатое сжатие в поршневых компрессорах (ПК)

Давление, создаваемое компрессорами в производственных системах воздухоснабжения, обычно составляет 0,6-1,0 МПа (т.е. ). Получение такого давления в одной ступени затруднительно. Причиной этого в объемных машинах является чрезмерное повышение температуры в конце сжатия. Поэтому следует, во-первых, применять возможно более интенсивное охлаждение газа в процессе его сжатия и, во-вторых, производить сжатие в последовательно соединенных ступенях, осуществляя понижение температуры газа в промежуточных воздухоохладителях.

Применение ступенчатого сжатия с охлаждением газа в охладителях между ступенями дает большую экономию в энергии, расходуемой на привод компрессора.

Самым выгодным компрессорным процессом, обеспечивающим наименьший расход энергии на привод, является изотермический процесс. Такой процесс, из-за затрудненных условий теплообмена между сжимаемым газом и охлаждающей водой, практически неосуществим. Приближение к изотермическому процессу возможно путем увеличения количества ступеней компрессора при выносном промежуточном охлаждении воздуха. При этом уменьшается мощность привода, но усложняется конструкция КУ и увеличивается ее стоимость.

В компрессоростроении выработаны нормативы по определению необходимого числа ступеней ПК z в зависимости от степени повышения давления e_к:

При одинаковых условиях охлаждения воздуха по ступеням минимум затрат энергии в многоступенчатом сжатии имеет место при равенстве степеней повышения давления во всех ступенях, т.е.

e₁=e₂=e₃=. . .= e_i. (6.10)

Это положение, как правило, использовано конструкторами компрессорных машин, поэтому в тепловом расчете при определении степеней повышения давления в ступенях следует пользоваться соотношением

, (6.11)

где и – давления нагнетания и всасывания в компрессоре соответственно; P_ку – давление за компрессорной установкой; – коэффициент, учитывающий потери давления в ПО и ВОК (обычно ).

Потребляемая мощность многоступенчатого компрессора должна определяться как сумма мощностей отдельных ступеней. Например, для двухступенчатого водоохлаждаемого ПК она вычисляется по соотношению:

, (6.12)

где удельные работы сжатия находятся в соответствии с (6.1) как

и . (6.13)

Здесь значения температуры воздуха на входе в соответствующие ступени определяются условиями всасывания компрессора и эффективностью промежуточного воздухоохладителя.

Значения температур воздуха в конце процессов сжатия в ступенях могут быть вычислены по уравнению адиабаты с учетом поправок на реальные условия работы:

и , (6.14)

где =0,93-0,96 – коэффициент, учитывающий подогрев воздуха при всасывании; – показатель политропы процесса (k=1,4).