6.1.5 Количество ступеней. Промежуточное давление

Самым выгодным компрессорным процессом, обусловливающим наименьший расход энергии на привод, является изотермический процесс.. Но такой процесс практически неосуществим. Приближение к изотермическому процессу при заданном общем повышении давления компрессора возможно путем увеличения количества ступеней при выносном охлаждении и, следовательно, уменьшении степени повышения давления одной ступени. При этом уменьшается мощность привода, но усложняется конструкция компрессорной установки и увеличивается её стоимость.

В компрессоростроении выработаны нормативы по определению необходимого количества ступеней: для поршневых и роторных компрессоров – в зависимости от температуры вспышки паров смазочного масла; для лопастных – в зависимости от допустимых условий прочности, окружных скоростей концов лопастей и минимума потерь энергии в проточной полости машины.

Рассмотрим вопрос о распределении работы по ступеням компрессора и вычислении промежуточного давления. Из термодинамических диаграмм ступенчатого сжатия видно, что промежуточное давление влияет на распределение затрат энергии между ступенями компрессора.

Если полная ступень повышения давления компрессора и число ступенейz заданы, то минимум затрат энергии достигается при вполне определённом соотношении энергии отдельных ступеней.

Определение условий минимума энергии, затрачиваемой в компрессорном процессе, может быть произведено с помощью известного математического метода отыскания минимума функции.

Если пренебречь незначительными газовыми сопротивлениями охладителей и полагать, что относительные термодинамические КПД ступеней сжатия одинаковы, то можно, пользуясь указанным приемом обнаружить, что минимум затрат энергии обеспечивается равенством энергий отдельных ступеней процесса

,

где L – полная энергия, z – количество ступеней компрессора.

Полагая, что охлаждение в промежуточных охладителях проводится от начальной температуры компрессорного процесса и показатели политроп сжатия отдельных ступеней одинаковы, можно записать

;

,

где п=const для всех ступеней.

Следовательно, для отдельных ступеней

; ;…

Поэтому

, (6.28)

где - степень повышения давления одной ступени.

Минимум затрат энергии в ступенчатом компрессорном процессе имеет место при равенстве степеней повышения давления во всех ступенях.

Очевидны соотношения

(6.29)

Отсюда следует, что оптимальная степень повышения давления ступени компрессора

(6.30)

где - конечное давление (за последней ступенью компрессора);- степень повышения давления компрессора в целом;z – количетво ступеней компрессора.

В практике компрессоростроения обычно отступают от принципа равномерного распределения затрат энергии по ступеням и относят на ступени высокого давления несколько меньшие степени повышения давления.

В лопастных компрессорах степень сжатия состоит из совокупности венцов рабочих и направляющих лопастей и количество ступеней может быть большим (до 40). В этом случае ступени разбивают на группы (секции) и холодильники ставят между секциями. В пределах группы ступени не охлаждают.

В объемных компрессорах ступень давления состоит из замкнутого герметичного корпуса, в котором перемещается рабочее тело (поршень, двигающийся в цилиндре поршневого компрессора), камер всасывания и нагнетания.