Багатоступінчасте стиснення повітря

Для отримання газу високого тиску застосовують багатоступінчасті компресори (рис. 6.5) у яких процес стиску здійснюється в декількох послідовно з’єднаних циліндрах із проміжним охолодженням газу після кожного стиснення.

Рис. 6.5. Схема багатоступінчастого компресора:

I, II, III – ступені стиску; 1, 2 – проміжні холодильники

Індикаторна діаграма триступінчастого компресора зображена на рис. 6.6. У першій ступені компресора газ стискується згідно політропі до тиску р₂, потім він надходить у проміжний холодильник 1, де охолоджується до початкової температури Т₁. Опір холодильника по повітряному тракту з метою економії енергії, що витрачається на стиск, роблять невеликим. Це дозволяє вважати процес охолодження газу ізобарним. Після холодильника газ надходить у другу ступінь і стискується політропічно до p₂, потім холоджується до температури Т₁ у холодильнику 2 і надходить у циліндр третього ступеня, де стискується до тиску р₃.

б

а

Рис. 6.6. Індикаторна діаграма триступінчастого компресора (а)

і зображення процесу стиску в Т, s-діаграмі (б)

Якби процес стиску здійснювався згідно ізотермі 1-3-5-7, то робота стиску була б мінімальна. При стиску в одноступінчастому компресорі по лінії 1-9 величина роботи визначалася б площею 0-1-9-8. Робота триступінчастого компресора визначається площею 0-1-2-3-4-5-6-8. Заштрихована площа показує виграш у технічній роботі при застосуванні триступінчастого стиску.

Чим більше число ступенів стиснення та проміжних охолоджувачів, тим ближче процес до найбільш економічного – ізотермічного, але тем складніша та дорожча конструкція компресора. Тому
питання про вибір числа ступенів, що забезпечують необхідну величину р_ном, вирішується на підставі технічних і техніко-еконо­мічних міркувань.

Процеси стиску в реальному компресорі характеризуються наявністю внутрішніх витрат на тертя, тому робота, затрачувана на стиск газу, виявляється більшою, ніж технічна робота ідеального компресора. Ефективність роботи реального компресора визначається відносним внутрішнім ККД, що представляє собою відношення роботи, витраченої на привод ідеального компресора, до дійсного. Для характеристики компресорів, що працюють без охолодження, застосовують адіабатний ККД

h_ад = L_ад / L_К , (6.1)

де L_ад – робота при рівноважному адіабатному стисненні при n = k;

L_К – робота, витрачена в реальному компресорі при стисненні газу.

Для характеристики охолоджуваних компресорів використовують ізотермічний ККД

h_із = L_із / L_К , (6.2)

де L_із – робота оборотного стиснення в ізотермічному процесі.

Теоретична потужність приводу компресора N_пр при масовій витраті газу в компресорі Q_т, кг/с, визначається рівнянням

. (6.3)

Практично стиснення газу здійснюється політропічно з показником n = 1,18…1,20, оскільки досягти значення n = 1 не вдається.

Застосування роторних компресорів починається з потреб
500 л/хв і більше для великих споживачів повітря. Саме від цієї межі розрахункова вартість одержання стисненого повітря з урахуванням вартості обладнання, ККД і витрат на експлуатацію поршневих компресорів стає вище витрат при використанні роторних компресорів.

Роторні компресори безшумні, можуть довгостроково працювати при повному навантаженні, прості в керуванні та налагодженні, мають простий сервіс. Технічні параметри: тиск до 13 бар і продуктивність до 6500 л/хв, що є недосяжним для традиційних конструкцій компресорів.