Принцип получения высоких давлений в поршневом компрессоре.

При необходимости сжимать газ до давления, превышающего 0,4 ... 0,7Мпа по манометру, применяют многоступенчатое сжатие, сущность которого состоит в том, что процесс сжатия газа разбивается на несколько этапов или ступеней. В каждой из этих ступеней газ сжи­мается до некоторого промежуточного давления и перед тем как по­ступать в следующую ступень, охлаждается в межступенчатом холо­дильнике. В последней ступени газ дожимается до конечного давле­ния. В современных компрессорах высокого давления число ступе­ней сжатия достигает семи.

Причины, заставляющие применять многоступенчатое сжатие,

следующие:

- выигрыш в затраченной работе;

- ограничение температуры конца сжатия;

- более высокий коэффициент подачи

Как было сказано выше, работа адиабатического сжатия значи­тельно превышает работу изотермического сжатия. При увеличении степени сжатия это расхождение быстро увеличивается. Значитель­ное увеличение давления газа в одном цилиндре приводит к тому, что самое тщательное охлаждение цилиндра не приближает процесс сжа­тия к изотермическому, и он становится близок или практически иден­тичен адиабатическому процессу. Это устанавливает предел повыше­ния давления в одном цилиндре компрессора.

Для уменьшения работы сжатия применяется ступенчатое сжа­тие газа с охлаждением его в охладителях, расположенных между сту­пенями компрессора.

В результате охлаждения газа устраняется и другая причина, обус­ловливающая применение ступенчатого сжатия, это недопустимое повышение температуры газа при большой степени повышения дав­ления одноступенчатым компрессором. Температура на этапе сжатия газа не должна достигать значений, при которых происходит измене­ние свойств компрессорного масла. С повышением температуры газа вязкость масла уменьшается, ухудшаются условия смазки, и увели­чивается износ трущихся деталей компрессора. При достижении тем­ператур порядка 180 ... 200⁰С масло разлагается, в результате чего по­верхности деталей цилиндра компрессора и нагнетательная линия покрываются нагаром. Это ухудшает охлаждение компрессора и на­рушает его нормальную работу (увеличивается трение между порш­невыми кольцами и цилиндром, возможны поломки колец и задиры поверхности цилиндра, ухудшается работа клапанов, возникает опас­ность самовозгорания и взрыва в нагнетательной линии).

В одной ступени компрессора можно достичь только определен­ных значений ξ = Р₂ / Р₁ Так чрезмерное повышение ξ может приве­сти к значительному уменьшению коэффициента подачи и, следова­тельно, к уменьшению производительности компрессора. Предель­ный случай, когда компрессор перестает перемещать газ, будет при λо = О. При этом критическое значение равно:

ξ = (1/а +1)^m

Так при а = 0,1 и показателе по­литропы т = 1,2 критическое значе­ние ξ = 17,8 компрессор будет рабо­тать вхолостую. Это объясняется тем, что при достижении определен­ныx давлений р₂ по сравнению с р₁ газ содержащийся в мертвом про­странстве, при расширении будет заполнять весь объем цилиндра. При этом не будет происходить процесса всасывания, а следовательно, и на­гнетания.

На рис. 3.4. приведена диаграм­ма р - V, иллюстрирующая зависи­мость всасывающих объемов от дав­ления нагнетания Р₂ при Р ₁ = const.

Из этой диаграммы следует, что увеличение давления нагнетания до р₂''приводит к уменьшению объема всасываемого газа до V''.При по­вышении давления нагнетания до р''' объем всасываемого газа становится равным нулю. Про­цесс сжатия и расширения газа в этом случае характеризуется кривой l' - 2 '''Указанные причины ограни­чивают степень повышения дав­ления одной ступени компрессо­ра значением ξ = 4 ... 5,5.

График зависимости объема всасывания от давления нагнетания