Многоступенчатое сжатие

Для получения газа высокого давления применяют многоступенчатые компрессоры, в которых процесс сжатия осуществляется в нескольких последовательно соединенных цилиндрах (ступенях) с промежуточным охлаждением газа между ступенями.

На рис. 8.4-8.6 приведены схема двухступенчатого компрессора и процессы политропного сжатия с охлаждением газа между ступенями в промежуточном охладителе.

Как видно из диаграмм p-v и T-s, при многоступенчатом сжатии процесс в компрессоре приближается к наиболее выгодному процессу, изотермическому. При этом уменьшается работа, затрачиваемая на сжатие, на площадку 2^’22^’’1^’ (рис. 8.5); уменьшается температура сжатого газа (T₂ < T_2¢¢ рис. 8.6), что повышает надежность работы компрессора.

Здесь I, II - ступени сжатия; ПО - промежуточный охладитель;

p¢ - промежуточное давление; 1-1¢, 2¢-2- сжатие газа в ступенях;

1¢-2¢ - охлаждение газа в ПО; 1-2¢¢- одноступенчатое сжатие газа

Пусть b = p₂/p₁ - степень повышения давления в компрессоре, - степени повышения давления в ступенях, тогда

.

(8.10)

Как выбираются промежуточные давления при многоступенчатом сжатии?

Анализ системы уравнений для расчета работы, затрачиваемой на двухступенчатое сжатие, имеющей вид

показывает, что минимальная работа затрачивается тогда, когда степени повышения давления в ступенях одинаковы (b₁ = b₂). В этом случае на основании (8.10) имеем

.

(8.11)

С помощью формулы (8.11) определяется .

При многоступенчатом сжатии с числом ступеней z степени повышения давления в ступенях определяются из условия

.

(8.12)

Если характер процессов сжатия и степени повышения давления в ступенях одинаковы, а охлаждение газа в промежуточных охладителях производится до первоначальной температуры, то можно утверждать следующее:

· работа, затрачиваемая на сжатие в каждой ступени, одинакова:

.

(8.13)

· температура сжатого газа на выходе каждой ступени одинакова (для двухступенчатого сжатия , рис. 8.6);

· теплота, отводимая от сжимаемого газа в ступенях, одинакова:

· теплота, отводимая в промежуточных охладителях, одинакова:

Теплота, отводимая в компрессоре от 1 кг газа, рассчитывается по формуле

.

(8.14)

Теплота, отводимая в компрессоре в единицу времени

.

(8.15)

Расход воды (Gв), необходимой для охлаждения газа, рассчитывается из уравнения теплового баланса

,

(8.16)

где - энтальпия и температура воды на входе и на выходе из компрессора, - теплоемкость воды.