Многоступенчатый компрессор. 
Техническая термодинамика и теплопередача

Для получения газов высокого давления применяют многоступенчатые компрессоры. В них сжатие газа осуществляется политронно в нескольких последовательно соединенных цилиндрах с промежуточным охлаждением газа после сжатия в каждом цилиндре.

Принципиальная схема многоступенчатого компрессора, состоящего из трех ступеней, представлена на рис. 6.4. Здесь 1 — цилиндр; 2 — поршень; 3 — шатун; 4 — коленчатый вал; 5 — подшипник; 6 — всасывающий клапан; 7 — нагнетательный клапан; 8, 9 — промежуточные охладители. В направлении стрелок 10,11 осуществляется вход и выход охлаждающей воды.

Рис. 6.4. Принципиальная схема многоступенчатого компрессора Принцип работы многоступенчатого компрессора состоит в следующем. Через клапан 6 первой ступени происходит всасывание газа. После сжатия газ через охладитель 8 направляется во вторую ступень компрессора. Причем всасывание газа во второй ступени происходит при давлении сжатия в первой ступени. Всасывание газа в третьей ступени выполняется через промежуточный охладитель 9 при давлении сжатия во второй ступени. Через нагнетательный клапан третьей ступени осуществляется нагнетание газа в резервуар.

Диаграмма процессов сжатия в трехступенчатом компрессоре в pv-коор- динатах представлена на рис. 6.5. Рассмотрим процессы: линией 0—1 изображается процесс всасывания газа в первой ступени компрессора (не является термодинамическим процессом, так как происходит лишь перемещение газа без изменения его термодинамических параметров); линией 1—2 изображается политропный процесс сжатия в первой ступени; линией 2—а изображается процесс нагнетания газа в промежуточный охладитель 8; линией а—3 изображается процесс всасывания во второй ступени компрессора; линией 3—4 изображается политропный процесс сжатия во второй ступени; линией 4—b изображается процесс нагнетания в промежуточный охладитель 9; линией Ь—5 изображается процесс всасывания в третьей ступени компрессора; линией 5—6 изображается политропный процесс сжатия в третьей ступени; линией 6—с изображается процесс нагнетания газа в резервуар.

Рис. 6.5. Диаграмма процессов сжатия в трехступенчатом компрессоре в рп-координатах Отрезки 2—3 и 4—5 изображают уменьшение объема газа в процессе при постоянном давлении от охлаждения в охладителях 8 и 9. Охлаждение производится до одной температуры, равной температуре всасывания газа в первой ступени Т. Поэтому температуры в точках 1, 3, 5 будут одинаковыми, и через них можно провести изотерму (линия 1—7).

Отношение давлений для каждой ступени обычно принимается одинаковым и равным некоторой величине х:

В случае равенства начальных температур и показателей политропы, конечные температуры также будут равны, т. е. Г₂ = Т/, = Г₆. Отсюда следует, что.

Так как р₂ = Рз и р₄ = р₅, то.

При z ступенях компрессора для величины х получим формулу.

Ступенчатое сжатие с промежуточным охлаждением приближает рабочий процесс компрессора к наиболее экономичному изотермическому сжатию, и чем больше число ступеней сжатия, тем больше процесс сжатия, будет приближаться к изотермическому процессу. При равенстве температур газа на входе в каждую ступень и равенстве отношений давлений затраты работы на сжатие во всех ступенях будут одинаковыми где.

Отсюда /_к = 3/₍. Или при z ступенях /_к = zl.

Работа на привод трехступенчатого компрессора при политропном сжатии во всех ступенях в /??'-координатах может быть определена пл. (0—1 — 2—3—4—5—6—с—0).

Если процесс политрогшого сжатия до давления р_е производить в одноступенчатом компрессоре, то затраченная на это работа будет равна пл. (0— 1—8—с—0). Отсюда экономия работы будет численно равна пл. (2—3—4— 5—6—8—2).