Многоступенчатый компрессор.

       Многоступенчатый компрессор – повышает давление газа от начального значения до конечного последовательным сжатием более чем в одной ступени. Обычно газ охлаждается в промежуточных охладителях после каждой ступени (иногда после нескольких ступеней). Пусть z – число ступеней, b – отношение давлений b = p _вых/ p _вх. Минимальная работа многоступенчатого компрессора диаграмма которого представлена на рис. 1, как показывает расчет, осуществляется при одинаковом значении b во всех ступенях. При этом практика эксплуатация данных компрессоров рекомендует b Î (2.5 ¸ 3.5). Имеем формулу

b = (p_{z +1}/ p ₁)^{1/ z}, p _вх = p ₁, p _вых = p_{z +1},

которую выведем на семинаре.

Рис. 1.

Адиабатное сжатие в 4-х ступенчатом компрессоре и изобарное охлаждение в нем проиллюстрировано на диаграмме (см. рис. 1). Работа при одинаковом b во всех ступенях рассчитывается как в одноступенчатом компрессоре, но с учетом числа ступеней z.

Адиабатическая работа:  .

Температура после адиабатического сжатия находится по уравнению адиабаты

, Þ

                                                      T ₂ = T ₃ = … = T_{z +1} = T _охлb^1–1/k.                               (1)

Обычно T _охл = T ₁ + (8° ¸ 10°)С.

Изотермическая работа находится из адиабатической в пределе k ® 1 (частный случай политропной работы)

                                                                  l _T = zRT _охлln(b).                                                    (2)

49. Многоступенчатый компрессор, p – V диаграмма. Выигрыш в работе по сравнению с одноступенчатым сжатием.

       О выигрыше в работе при использовании многоступенчатых компрессоров по сравнению с одноступенчатыми легче судить по диаграмме в p, V координатах.

Рис. 2. (тоже нет, выкеручивайся, рисуй по описанию=))

На рис. 2: 0–1 – линия всасывания газа в 1-ой ступени компрессора (нет термодинамического процесса, только изменение массы рабочего тела);

       1–2 – адиабатическое сжатие в 1-ой ступени компрессора;

       2– а – линия нагнетания в I-ый промежуточный охладитель;

       а –3 – линия всасывания во 2-ой ступени компрессора;

       3–4 – адиабатическое сжатие во 2-ой ступени компрессора;

       4– b – линия нагнетания во II-ой промежуточный охладитель;

       b –5 – линия всасывания в 3-ой ступени компрессора;

       5–6 – адиабатическое сжатие в 3-ой ступени компрессора;

       6– с – линия нагнетания в III-ой промежуточный охладитель;

       с –7 – линия всасывания в 4-ой ступени компрессора;

       7–8 – адиабатическое сжатие в 4-ой ступени компрессора;

       8– d – линия нагнетания газа в резервуар.

Отрезки 2–3, 4–5 и 6–7 иллюстрируют уменьшение объема газа в изобарных процессах в охладителях I–III соответственно, до температуры первой ступени T ₁.

       Рис. 2. соответствует рис. 1, только для простоты взяли T _охл = T ₁. Поэтому точки 1, 3, 5, 7, 9 – лежат на одной изотерме, а точки 2, 4, 6, 8 – на другой. Работа на привод 4-х ступенчатого компрессора в рассматриваемом случае может быть определена площадью фигуры 0–1–2–3–4–5–6–7–8– d –0. Если процесс адиабатического сжатия до давления p ₈ проводить в одноступенчатом компрессоре, то затрачиваемая на это работа будет равна площади фигуры 0–1–10– d –0. Значит экономия работы численно равна площади 2–3–4–5–6–7–8–10–2.

       Из графиков рис. 2 можно заметить, что с ростом числа ступеней z, при постоянных входном и выходном давлениях, ломанная линия 1–2–3–4–5–6–7–8–9 «зажимается» между двумя близкими изотермами.

       z ­ Þ стоимость ­ из-за удорожания конструкции. Однако, что иллюстрирует рис. 2, при возрастании z с промежуточным охлаждением получаются меньшие затраты на сжатие газа. Рабочий процесс приближается к изотермическому. Из (1) видно, что при этом b ® 1.

b = (p_{z +1}/ p ₁)^{1/ z} ® 1, при z ® ¥,   Þ

T ₂ ® T ₁ Þ T_j = const = T _охл для всех j и

что совпадает с зависимостью (2).

50. Компрессоры объемного действия, способ сжатия газа, типы, достоинства и недостатки.