Процессы сжатия в многоступенчатом компрессоре

С целью получения газа высокого давления применяют многоступенчатое сжатие. В современных поршневых компрессорах степень повышения давления одной степени . При более высоких применяют промежуточное охлаждение газа на Рис. 6.3 приведена схема трехступенчатого поршневого компрессора с двумя промежуточными охладителями газа. Предельное значение определяют исходя из требований предупреждения воспламенения паров смазочного масла в цилиндре компрессора.

Рис. 6.3 Схема трехступенчатого поршневого компрессора с двумя промежуточными охладителями газа

Принято, что в каждой ступени компрессора I, II, III происходит политропный процесс сжатия (с некоторым теплоотводом через стенки цилиндра). Охлаждение газа в промежуточных охладителях 1, 2 осуществляется до начальной температуры. Потери давления при прохождении газа по трубам промежуточных охладителей не учитываются.

На Рис. 6.4 представлен процесс трехступенчатого сжатия и промежуточного охлаждения газа в р-V (а) и T-S (б) координатах.

Рис. 6.4. Процесс трехступенчатого сжатия и промежуточного охлаждения газа в р-v (а) и T-S (б) координатах

Газ при давлении поступает в первый цилиндр компрессора (I - ступень), где политропно сжимается по линии 1-2 до давления . Затем сжатый газ поступает в охладитель 1, где охлаждается до первоначальной температуры линия 2-3 при постоянном давлении . Далее газ поступает во второй цилиндр (II - ступень), где процессы сжатия и охлаждения происходят аналогично, как и впервой ступени, а затем и в третий цилиндр (III - ступень), где конечное давление газа достигает значения .

За счет применения промежуточного охлаждения значительно уменьшаются затраты работы на сжатие газа. Потенциальная работа уменьшается на величину, соответствующей заштрихованной области диаграммы пл. 2-8-6-5-4-3-2.

При одноступенчатом сжатии работа по повышению давления от до осуществлялась бы по кривой 1-8, а работа, затраченная на сжатие была бы равна площади а-1-2-8-d-a - диаграмма (а).

Промежуточное охлаждение приводит так же к уменьшению температуры в конце сжатия. На диаграмме (б) количество теплоты отведенной от газа после сжатия в первой ступени равна заштрихованной пл. 2-3-f-e-2, а после второй ступени пл. 4-5-h-g-4.

В результате промежуточного охлаждения в компрессоре процесс сжатия приближается к изотермическому. При бесконечно большом числе промежуточных охладителей процесс сжатия будет изотермическим (а) линия 1-3-5-7.

Степень повышения давления в каждой ступени при общем числе определяется соотношением:

В конечном итоге целесообразность использования многоступенчатого сжатия определяется технико-экономическим обоснованием.