Лекция 3. Степень повышения давления в ступени, распределение давления между ступенями.
Многоступенчатое сжатие газа и промежуточное охлаждение.
Выбор числа ступеней и распределения давления между ступенями.
Методы регулирования производительности поршневого компрессора.
Давления, создаваемые компрессорами, работающими в технологических схемах производства, достигают больших значений. Однако получение высокого давления в одной ступени компрессора (в одном компрессорном процессе) затруднительно. Причиной этого в объемных компрессорах (поршневых и роторных) является чрезмерное повышение температуры в конце сжатия, обусловленное невозможностью создания конструкции компрессора с достаточно интенсивным охлаждением. В лопастных компрессорах (осевых и центробежных) причина заключается в недопустимости таких скоростей рабочих лопастей, выполненных из материала с определённой прочностью, которые обеспечили бы требуемое высокое давление при достаточно высоком КПД процесса.
Из указанного следует необходимость применять возможно более интенсивное охлаждение газа в процессе его сжатия, и во – вторых, производить сжатие в последовательно соединенных ступенях, осуществляя понижение температуры газа в охладителях, включенных в поток между ступенями.
В современных компрессорах применяют следующие системы охлаждения:
1) охлаждение компрессора подачей воды в специально выполненные полости в отливке корпуса (внутреннее охлаждение). Этот способ существенно условия смазки поршневых компрессоров. Добиться этим способом существенной экономии энергии, приближая процесс сжатия к изотермическому не удается. Причина этого – затрудненные условия теплообмена между потоками газа и охлаждаемой водой;
2) охлаждение газа в охладителях, устанавливаемых между отдельными ступенями (выносное охлаждение). При этом способе охлаждения, используя трубчатые охладители с большой площадью поверхности, можно получить существенную экономия в расходе энергии. В центробежных компрессорах охладители располагают обычно между группами ступеней, получая простую конструкцию установки. Известны уникальные конструкции компрессоров с охладителями после каждой ступени. Такие компрессоры называют изотермическими. Они экономичны в эксплуатации. Но конструктивно более сложны и дороги;
3) комбинированное (внутреннее и выносное) охлаждение. Этот способ наиболее эффективен и широко применяется, несмотря на конструктивное усложнение и увеличение стоимости установки.
4) Охлаждение впрыском охлаждающей воды в поток газа перед первой ступенью компрессора. При этом способе теплота газа частично расходуется на испарение воды. Недостатком способа является увлажнение газа, что во многих случаях недопустимо.
Применение ступенчатого сжатия с охлаждением газа в охладителях между ступенями дает экономия в энергии, расходуемую на привод компрессора. В компрессоростроении выработаны нормативы по определению необходимого числа ступеней:
- для поршневых и роторных компрессоров – в зависимости от температуры вспышки паров смазочного масла;
- для лопастных – в зависимости от допустимых, по условиям прочности, окружных скоростей концов лопастей и минимума потерь энергии в проточной полости машины.
Минимум затраты энергии в ступенчатом компрессорном процессе имеет место при равенстве степеней повышения давления во всех ступенях. Отсюда следует, что оптимальная степень повышения давления ступени компрессора равна:
,
где 
- конечное давление за последней ступенью компрессора; 
- степень повышения давления компрессора в целом.
Очевидно соотношение для давления:
В практике компрессоростроения обычно отступают от принципа равномерного распределения затраты энергии по ступеням и относят на ступени высокого давления несколько меньшие степени повышения давления.
В современных поршневых компрессорах с водяным охлаждением степени повышения давления в одном цилиндре выше 7 встречаются редко. Если необходима степень повышения давления выше 7, то процесс сжатия ведут в нескольких последовательно расположенных ступенях давления. При переходе из одной ступени в другую газ охлаждают в промежуточных охладителях.
Количество ступеней, необходимое для достижения заданной степени повышения давления, принимают в пределах:
| | z |
| До 6 | |
| 6-30 | |
| 30-100 | |
| 100-150 | |
| Выше 150 | 6 и более |
Методы регулирования производительности поршневого компрессора:
- Изменение частоты вращения;
- Дросселирование при всасывании;
- Отжимание пластин всасывающего клапана;
- Изменение объёма мертвого пространства;
- Регулирование остановками компрессора;
- Регулирование перепуском газа из полости сжатия в полость всасывания;
- Регулирование холостым выпуском из сети через автоматический клапан.