Охлаждение сжимаемого воздуха

Охлаждение воздуха при его сжатии в компрессоре имеет большое значение для уменьшения затрачиваемой работы, а при поршневом компрессоре, кроме того, и безопасности, так как высочайшая температура воздуха должна быть не более допустимой температуры нагревания смазывание. При недостаточном охлаждении возможный взрыв масляного нагара.

Охлаждение сжатого воздуха после выхода его из компрессора также есть важным для обеспечения надежной и безопасной работы установки. При этом от сжатого воздуха отделяются масло и вода, в компрессоре и воздухопроводе уменьшается образование нагара и воздух становится более сухой.

Сжимаемый воздух в поршневом компрессоре охлаждается обычно с помощью водной рубашки. Для этого в цилиндре предполагаются пустоты, в которых циркулирует вода (см. рис. 90).

Водян рубашки, кроме того, обеспечивают: нормальные условия смазывания цилиндра и предотвращение поршневых колец от пригорания (благодаря снижению температуры стенок цилиндра); предупреждение образования на клапанах нагара (благодаря снижению их температуры); замедление процесса разложение маслила в цилиндрах; увеличение производительности компрессора в связи с уменьшением подогрева воздух при всасывании.

Для охлаждения воздуха при переходе его с одной ступени сжатия в другую применяется промежуточный охладитель, который состоит из трубок, помещенных в корпус. Вода циркулирует внутри трубок, а воздух извне. Воздух и вода могут иметь одинаковое (прямоток) и противоположное (противоток) направление движения. Охладители с противотоком разрешают нагревать воду к более высокой температуре, то есть улучшается использование воды. Существуют охладители с смешанным противотоком, если вода и воздух в одной секции охладителя двигаются в одном и того же направления, а в другой секции – в противоположных направлениях.

Количество воды, необходимое для охлаждение компрессора, определяют в предположении, что показатель политропы сжатия за все время процесса по величине будет постоянной, хотя в действительности он перемен. В начале сжатия температура воздуха ниже температуры стенок цилиндра, тому процес протекает с подведением теплоты от стенок к воздуху, а при дальнейшем сжатии температура воздуха становится выше температуры стенок цилиндра и процесс протекает с отводом теплоты от воздуха к стенкам цилиндра.

Количество теплоты q_{, что} відводиться при политропном сжатии 1 кг воздух в одной ступени, определяется по формуле (115).

Количество теплоты, которая відводиться в промежуточном охладителе, определяется в предположении, что давление сжатого воздуха в нем постоянно (хотя здесь будет не большое снижение давления в связи с сопротивлениями при движении воздуха между трубками). Это количество теплоты q_{П. Про} (Дж/кг) определяется по формуле

q_п.о. = Cp (t₂-t₁) (139)

где с_Р = 1,012 кдж/(кг ∙ КР) – средняя массовая теплоемкость воздуха при постоянном давлении и температуры 0…200ºС.

Полное количество теплоты, которая відводиться от воздуха, при сжатии 1 кг его в многоступенчатом компрессоре qк (Дж/кг) с z ступенями

q_к = zq_с + (z-1)q_п. (140)

Количество воды, необходимое для охлаждение 1 кг воздух (л/кг),

(141)

где с_В = 4,19 кдж/(кг ∙ К) – теплоемкость воды; t_2В – t_1В = 10...15º–разность температур исходной из компрессора и воды, которая поступает в компрессор.

Если производительность компрессора V_мин. (м³/мин), и часовое количество воды, необходимое для охлаждение (л/ч),

V_в.ч. = 60V_в.к.rV_мин. (142)

где – плотность всасываемого воздуха, кг/м³.

Для компрессоров с конечным избыточным давлением воздуха до 0,8 МПа рекомендуются следующие нормы удельной затраты охлаждающей воды (на 1м³ воздух): поршневые компрессоры производительностью до 50 м³/мин – 3,3...... 5л/м³; производительностью от 50 до 100 м³/мин – 3,1... 3,3л/м³, для центробежных компрессоров производительностью от 250 до 500 м³/мин – 11... 13 л/м³.

Поверхность охлаждения водными рубашками определяется размерами цилиндров компрессоров.

Поверхность охлаждения промежуточного охладителя, под которой понимается поверхность его трубчатой системы, омываемая с одной стороны водой, а с другой - воздухом, определяется в такой способ.

Количество теплоты, которая відводиться от сжатого воздуха в промежуточном охладителе (Дж/ч)

Q_п.о. = 60 Cp r V_мин.(t₂-t₁)(143)

Средняя разность температур в охладителе между средними температурами сжатого воздуха и охлаждающей воды

(144)

Поверхность охлаждения промежуточного охладителя (м²)

(145)

где k – общий коэффициент теплопередачи 1 м² трубчатой системы охладителя при разности температур по обоих стороны стенок трубок один градус; k = 40... 60 Вт/(м² ∙ К).

Окончательно площадь F_{П. Про} принимается на 10... 15%больше той, которая выходит по формуле (145).

Охлаждающая поверхность промежуточного охладителя, отнесенная к 1 м³ всасываемого в 1 мин воздух, колеблется в границах 0,55... 0,7м².

В данное время большое применение находят конечные охладители, устанавливаемые на выходе сжатого воздуха из компрессора.