Многоступенчатый компрессор

Для получения газа высокого давления применяют многоступен­чатые компрессоры (рис. 16-7), в которых сжатие газа осуществ­ляется в нескольких последовательно соединенных цилиндрах с промежуточным его охлаждением после каждого сжатия.

Применение сжатия газа в нескольких цилиндрах понижает отношение давлений в каждом из них и повышает объемный к. п. д. компрессора. Кроме того, промежуточное охлаждение газа, после каждой ступени, улучшает усло­вия смазки [поршня в цилиндре и уменьшает расход энергии на

привод компрессора, приближая рабочий процесс в компрессоре к наиболее выгодному изотермическому сжатию.

На рис. 16-8 приведена идеальная индикаторная диаграмма трех­ступенчатого компрессора, где 0-1 — линия всасывания в первую ступень; 1-2 — политропный процесс сжатия в первой ступени; 2-а — линия нагнетания из первой ступени в первый охладитель; а-3 — линия всасывания во вторую ступень; 3-4 — политропный процесс сжатия во второй ступени; 4-Ь — линия нагнетания из второй ступени во второй охладитель; b-5 — линия всасывания в третью ступень; 5-6 — политропный процесс сжатия в третьей ступени; 6-с — линия нагнетания из третьей ступени в резервуар или на производство. Отрезки линий 2-3 и 4-5 изображают уменьшение объема газа в процессе при постоянном давлении от охлаждения в первом и втором охладителе. Охлаждение рабочего тела во всех охладителях производится до одной и той же температуры, равной начальной Т1, поэтому температуры газа в точках Л 3 и 5 -будут одинаковыми и точки лежат на изотерме 1-7. Отношение давлений во всех ступенях обычно берется одина­ковым:

(16-15)

Это соотношение давлений обеспечивает минимальную работу на привод многоступенчатого компрессора.

При одинаковых отношениях давлений во всех ступенях, ра­венстве начальных температур и равенстве показателей политропы будут равны между собой и конечные температуры газа в отдельных ступенях компрессора:

Из уравнения (16-15) следует, что

откуда степень увеличения давления в каждой ступени равна или при z ступеней получаем

(16-16)

Степень увеличения давления в каждой ступени равна корню z-й степени из отношения конечного давления р_г к начальному р₁.

Термодинамический цикл парокомпрессионных холодильных и теплонасосных установок (принципиальная схема, идеальный термодинамический цикл на P-V и T-S диаграммах, холодильный коэффициент) и его применение в системах ТГСВ.

Основные понятия о работе холодильных установок

В соответствии со вторым законом термодинамики (см. гл. VIII) отмечалось, что при обратном цикле Карно можно, затрачивая меха­ническую работу, отнять некоторое количество теплоты от источ­ника с низкой температурой и перенести ее к источнику с более высо­кой температурой. Машины, непрерывно поддерживающие темпера­туры тел ниже температуры окружающей среды, называют холо­дильными.

Искусственное охлаждение помещений и различных тел находит широкое применение в народном хозяйстве (при строительстве под­земных железных дорог, в угольной, горной, рудной, химической и газовой промышленностях, на машиностроительных заводах, где производится термическая обработка деталей машин при низких температурах). Холод имеет огромное значение для сохранения пищевых продуктов. Для получения холода используются различ­ные установки, в которых применяют в качестве рабочего тела газо­образные тела.

Холодильные установки можно разделить на две группы. К пер­вой группе относятся газовые или воздушные установки, в которых впервые было осуществлено промышленное получение холода. Ввиду малого холодильного эффекта и больших размеров отдель­ных аппаратов такие установки не получили широкого распростра­нения.

Ко второй группе относятся компрессорные паровые установки. Рабочим телом (холодильным агентом) в них являются пары раз­личных веществ: аммиака (NH₃), углекислоты (СО₂), сернистого (ангидрида (SO₂), фреонов (фторохлорпроизводные углеводородов, характерным представителем которых является фреон-12 CF₂CI₂) и др. Паровые холодильные установки, обладающие большой надеж­ностью действия, получили в промышленности самое широкое рас­пространение. Кроме газовых и паровых, существуют холодильные установки, основанные на других принципах: пароэжекторные и абсорбцион­ные. В них для производства холода затрачивается не механическая работа, а теплота какого-либо рабочего тела с высокой температурой.

В пароэжекторной холодильной машине для сжатия холодиль­ного агента используется кинетическая энергия струи рабочего пара произвольного вещества. Такая холодильная установка отличается невысоким термодинамическим совершенством и в промышленности применяется редко. Более широкое распространение получили аб­сорбционные холодильные установки. В них для получения холо­дильного эффекта используется (как и в па-роэжекторных) энергия в виде теплоты.

Холодильная установка, в отличие от теплового двигателя, работает по обратно­му, или холодильному, циклу, наиболее со­вершенным типом которого является об­ратимый обратный цикл Карно (рис. 21-1). В процессе 1-4 к холодильному агенту подводится теплота q₂, отнимаемая от ох­лаждаемых тел; она изображается пл. 51465. В процессе 2-3 от холодильного агента от­водится теплота q₁ изображаемая пл. 52365. Эта теплота передается верхнему источнику теплоты при температуре, рав­ной постоянной температуре в процессе 3-2. Пл. 12341 эквива­лентна затрачиваемой механической работе.

Показателем совершенства обратного цикла является холодиль­ный коэффициент

Чем больше отнимается теплоты q₂ и чем меньше при этом затра­чивается механической работы или чем больше в, тем совершенней будет холодильный цикл. Холодильный коэффициент произвольного обратного цикла имеет по сравнению с холодильным коэффициентом обратного цикла Карно меньшее числовое значение.