6.1.4 Охлаждение. Ступенчатое сжатие

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. Поэтому Следует. Во – первых, 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. Общая схема компрессора со ступенчатым охлаждением представлена на рис. 6.7.

Рисунок 6.7 Схема компрессора со ступенчатым сжатием: 1- охладители I и II ступеней; 2 – конечный охладитель; 3,4,5 – охладители соответственно I, II и III ступени

Применение ступенчатого сжатия с охлаждением газа в охладителях между ступенями дает экономия в энергии, расходуемую на привод компрессора. Это видно на ST и pv диаграммах двухступенчатого компрессора (рис.6.8).

Рисунок 6.8 ST и pv диаграммы двухступенчатого компрессора: - политропное сжатее в первой ступени;- изобарное охлаждение в промежуточном охладителе;- сжатие до конечного давления во второй ступени. Заштрихованная площадь – экономия энергии от применения двухступенчатого сжатия с промежуточным охлаждением.

Если сжатие производить в одной ступени, то линия сжатия изобразится политропой с показателемn>k. При сжатии для этого же интервала давлений в двух ступенях процесс изобразится ломаной линией , состоящей из двух политропии изобары, представляющей собой охлаждение в промежуточном охладителе при давлении. В обеих диаграммах экономия энергии от сжатия в двух ступенях с промежуточным охлаждением выражается заштрихованными площадками.

В современных компрессорах применяют:

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.