Охлаждение. Ступенчатое сжатие

Давления, которые требуются создать компрессорам, могут быть весьма большими (для поршневых – до 1000 ата).

♦ Получить большое давление в одной ступени компрессора невозможно (у поршневых – по причине создание большой t°ры в конце сжатия (т.к. невозможно создать конструкцию цилиндра с интенсивным отводом тепла); у ЦБ и осевых – необходимость слишком большие скорости лопастей, величины которых ограничены прочностью материала).

Поэтому используется ступенчатое сжатие:

1 – рубашка

охлаждения

2 – промежуточные

охладители

3 – концевой

охладитель

♦ У ЦБ компрессоров промежуточные охладители располагаются после нескольких ступеней, т.е. после группы ступеней, при этом внутреннего охлаждения (рубашек охлаждения) как правило, нет.

♦ Иногда применяют охлаждение впрыском воды в поток газа перед I ступенью компрессора. При этом происходит увлажнение газа, а выделившаяся теплота идет на испарение влаги и t° не растет. Внутреннее охлаждение позволяет улучшить условия смазки поршневых компрессоров, но не позволяет значительно снизить температуру.

В качестве выносных охладителей применяются кожухотрубчатые водо-воздушные теплообменники, иногда АВО.: = вентилятор + трубы с оребрением.

Работа сжатия в 1- ступенчатом Работа сжатия в 1- ступенчатом

процессе сжатия: = процессе: =

Площадь 5-1-2-3-4 Площадь 1-2-3-4

в 2-ступенчатом: = в 2 - ступенчатом: =

Площадь 5-1-2'-1'-2''-3-4 Площадь 1-2'-1'-2''-3-4

Выигрыш (экономия) – заштрихованная область.

Минимальная работа сжатия достигается при изотермическом процессе (точнее, при процессе, близком к изотермическому) Z↑ → L↓ (Z – число ступеней сжатия). При увеличении числа ступеней сжатия процесс приближается к изотермическому, но стоимость установки при этом увеличивается.

Поэтому на практике Z определяют из условий:

1. Для поршневых компрессоров температура в конце процесса сжатия не должна превышать температуру вспышки паров масла Т₂'.

В диаграмме S-T проводят горизонталь Т­₂' и изобара, проходящая через точку пересечения политропы сжатия, выходящей из точки 1, с линией Т₂' = const является конечным давлением ступени.

2. Центробежные и осевые компрессоры.

По условиям прочности материала рабочего колеса определяют максимально допустимую скорость на выходе с него U₂, по ее величине рассчитывают давление на выходе из колеса p, а по нему – соответствующую температуру Т₂'.

♦ Важный вопрос – распределение работы по ступеням компрессора и вычисление промежуточных давлений.

В теории компрессорных процессов доказывается, что оптимальным является равномерное распределение работы сжатия по ступеням:

для политропного процесса

следовательно,

отсюда следует: , следовательно:

а так как Т₂' = Т₂'' = … = Т₂''', то поэтому

,

где – степень повышения давления в 1 ступени

Очевидно, что

где – степень повышения давления в компрессоре, z – число ступеней компрессора. На практике обычно отступают от этого правила: на ступени высокого давления относят несколько меньшие .