Многоступенчатое сжатие. Политропное сжатие, как и адиабатное, сопровождается повышением температуры

Политропное сжатие, как и адиабатное, сопровождается повышением температуры. Этим устанавливается предел повышения давления, поскольку при больших степенях сжатия конечная температура получается недопустимо высокой.

Поэтому при необходимости получения высокого давления компрессоры выполняются многоступенчатыми, причем после каждой ступени рабочее тело поступает в холодильник, где охлаждается при постоянном давлении до исходной температуры.

Из -диаграммы, в которой в качестве примера изображен рабочий процесс трехступенчатого компрессора, видно, что промежуточное охлаждение рабочего тела существенно уменьшает затрату технической работы (пл. 1-2^/-3^/-2^//-3^//-2^///-4-5-1 < пл. 1-2-4-5-1) и приближает процесс сжатия к изотермическому (линия 1-3^I-3^II-3^III).

1-2 – политропное сжатие;

1-3^III – изотермическое сжатие.

Минимальная затрата технической работы на весь процесс сжатия получается при одинаковом отношении давлений для всех ступеней:

где – давление соответственно перед каждой ступенью компрессора и за ней;

р₁ и р₂ – давление соответственно перед компрессором и за ним;

m – число ступеней.

Расход мощности на привод компрессора

Если задана массовая производительность компрессора G, кг/сек, то теоретическая мощность, затрачиваемая на его привод:

, кВт

где l_Т – техническая работа, кДж/кг.

Если задается объемная производительность компрессора L, м^з/ceк, относимая к начальным параметрам рабочего тела p₁ и T₁, то сначала определяют массовый расход рабочего тела

, кг/сек

Индикаторная диаграмма поршневого компрессора

Зависимость между давлением рабочего тела в цилиндре поршневого компрессора и занимаемым им в данный момент объемом, называется индикаторной диаграммой.

В реальном компрессоре поршень никогда не доходит вплотную к крышке цилиндра, – всегда остается зазор, которому соответствует остаточный объем V₀, называемый вредным пространством. В результате этого в процессе 2-3 не весь газ выталкивается из цилиндра, часть его остается и при обратном ходе поршня расширяется по линии 3-4, а всасывание начинается лишь от точки 4.

В связи с этим производительность компрессора уменьшается.

Действительно, хотя рабочий объем цилиндра, заключенный между крайними положениями поршня, равен V₁ объем всасываемого газа (т.е. полезный объем цилиндра) составляет лишь V_h.

Отношение является называется объемным к.п.д. компрессора. Чем выше конечное давление, тем меньший объем занимает газ в конце сжатия, а в пределе, когда конечный объем газа уменьшается до V₀, производительность компрессора становится равной нулю. В этом случае находящийся в компрессоре газ просто сжимается во вредном пространстве, а при расширении опять заполняет весь цилиндр.

Исходя из этих соображений, а также учитывая недопустимость повышения температуры в конце сжатия выше 200 °С из-за возможного воспламенения смазки, повышение давления сверх 7-кратного в одноступенчатых поршневых компрессорах не допускается.