Процесс сжатия газа

Теоретически можно представить себе два предельных процесса сжатия газа в компрессоре, причем все реальные процессы сжатия будут промежуточными между ними.

В первом случае вся теплота, выделяющаяся при сжатии газа, полностью отводится наружу, и процесс изменения его состояния протекает при одной постоянной температуре. Такой процесс называется изотермным.

Во втором случае, наоборот, вся теплота полностью остается внутри газа, повышая его температуру. Такой процесс называется адиабатным.

а) Полная удельная работа, которую требуется: затратить при изотермном сжатии, определится по формуле

(5.1)

б) Полная удельная работа, затрачиваемая при адиабатном процессе сжатия газа, находится по формуле

(5.1)

В формулах (5.1), (5.2) обозначено: R – газовая постоянная (для воздуха R=278,01 Дж/(кг·⁰С)); p₁ и p₂ – давления на входе и выходе ступени сжатия, Па; к – показатель адиабаты (для воздуха к=1,41); V₁ – удельный объем воздуха на входе в ступень.

Полная работа сжатия газа при изотермном процессе будет значительно меньше, чем при адиабатном, причем разность в затратах работы будет тем больше, чем выше степень сжатия.

При адиабатном сжатии не только возрастает затрата работы, но одновременно происходит значительный нагрев газа. Конечная температура при адиабатном процессе сжатия определяется уравнением

(5.3)

которое получается в результате совместного решения уравнений (1.10) и (18.3) при z=l.

Однако на практике осуществить изотермный процесс сжатия трудно, так как требуется отводить большое количество теплоты. Количество теплоты, которая выделится при изотермном сжатии и которую необходимо отводить за счет охлаждения для того; чтобы температура газа оставалась постоянной, определяется из уравнению

(5.4)

В реальных процессах сжатия при создании системы охлаждения теплота отнимается в меньшем количестве, чем это необходимо при изотермном сжатии. При этом фактическая затрата механической работы будет больше, чем при изотермном сжатии, и меньше, чем при адиабатном. В таком случае процесс сжатия будет политропным, и удельную механическую работу для него можно вычислить по уравнения

(5.5)

где m - показатель политропы, который изменяется в пределах от 1 до k; для смеси углеводородных газов m ~ 1,2.

Конечная температура газа при политропном процессе сжатия

(5.6)

Зная, какую работу необходимо затратить на сжатие 1 кг газа, можно определить мощность компрессора:

N = МА/η (5.7)

где М - подача компрессора, кг/с; А - полная удельная работа сжатия; η - КПД компрессора, η - 0,8-0,9.