Поршневые компрессоры - Процессы политропного сжатия

На рис.5 изображены процессы политропного сжатия 1–2, 3–4 и промежуточного изобарного охлаждения 2–3 в Ts-координатах. Заштрихованные площади показывают (в масштабе) количество теплоты, отводимой от воздуха в систему охлаждения: в первой ступени q_1-2, во второй ступени q_3-4 и в промежуточном холодильнике q_2-3. Из рисунка видно, что промежуточное охлаждение позволяет снизить температуру конца сжатия с Т₂' до T₂, что обеспечивает надёжную смазку трущихся поверхностей.

Специальные расчёты показывают, что наиболее выгодным многоступенчатое сжатие оказывается в том случае, когда отношение давлений в каждой ступени будет одинаковым. При этом работа, затрачиваемая на привод многоступенчатого компрессора, будет минимальной. Обозначая отношение давлений в каждой ступени через x, его величину находят из выражения:

, (2)

где z – число ступеней компрессора; p_нач – давление газа, поступающего в первую ступень; p_кон – давление газа, выходящего из последней ступени.

При распределении отношений давлений по формуле (2) и при равенстве начальных температур и показателей политропы будут равны и затраченные работы во всех ступенях компрессора. Поэтому для вычисления работы на привод многоступенчатого компрессора l_kΣ достаточно определить работу в одной ступени l_k и умножить её на число ступеней, т.е. увеличить её в z раз.

Это утверждение относится и к определению количества теплоты, отводимой в ступенях через стенки цилиндров при политропном сжатии, и количестве теплоты, отводимой от газа в промежуточных холодильниках.

Из вышеизложенного следует, что многоступенчатое сжатие имеет следующие преимущества:

1) понижается отношение давлений в каждой из ступеней и в соответствии с этим повышается объемный КПД компрессора и его производительность;

2) улучшаются условия смазки поршня в цилиндре вследствие использования промежуточного охлаждения газа;

3) приближается рабочий процесс к изотермическому и уменьшается расход энергии на привод компрессора.

Вместе с тем, следует отметить, что вопрос о выборе числа ступеней, обеспечивающего заданную величину p_кон, решается на основе не только термодинамических, но и технико-экономических соображений.