Comprimarea in trepte

Pentru a se realiza rapoarte de comprimare cu valori superioare celor indicate anterior, se recurge la comprimarea în trepte. Acest lucru este necesar datorită următoarelor cerinţe:

a) Obţinerea unor grade de comprimare ridicate, la presiuni mici de aspiraţie.

b) Reducerea temperaturii finale de compresie, în scopul asigurării ungerii cilindrului (deci, temperaturi mai mici decât punctul de aprindere a uleiului). De exemplu: la compresoarele de aer temperatura finală nu trebuie să depăşească 180°C; la comprimarea acetilenei (C2H2) apar procese de descompunere cu pericolul apariţiei exploziei şi temperatura se reduce la 100–110°C; la comprimarea gazelor rezultate din procese tehnologice (cocsare, piroliză) sau a celor rezultate din şisturi, insuficient curăţate, unde la temperaturi ce depăşesc 90–100°C are loc procesul de polimerizare a hidrocarburilor superioare cu formare de produse bituminoase ce obturează secţiunile de trecere ale gazului comprimat, făcând imposibilă funcţionarea compresorului în condiţii optime.

c) Scăderea lucrului de comprimare.

La un compresor cu mai multe trepte, cursa fiind aceiaşi, diametrul se reduce corespunzător, ceea ce conduce la reducerea forţei ce solicită tija pistonului. Schema de principiu a unui compresor cu două trepte este prezentată în figura 4.12, în care se vede secţiunea unui compresor vertical cu piston diferenţial, cele două trepte de compresie (I şi II) fiind realizate în acelaşi cilindru.

Gazul comprimat în treapta I este refulat într-un rãcitor intermediar R, de unde apoi trece în treapta a II-a, unde este comprimat la presiunea finalã p2. Împãrþirea compresiei pe mai multe trepte sau etaje se face în aºa fel încât sã se respecte urmãtoarele recomandãri:

- legea de comprimare sã fie aceeaºi în toate treptele;

- rãcirea gazului sã fie aceeaºi în toate treptele;

- rãcirea gazului în rãcitoarele intermediare sã asigure aceeaºi temperaturã de intrare în toate treptele;

- lucrul mecanic total necesar comprimãrii sã fie cât mai mic posibil.

Se va examina în diagrama p – V, comprimarea gazului în douã trepte. În etajul I gazul este comprimat de la (p1,V1) la (px,VA) dupã legea compresiei politropice, adicã pV ⁿ = ct , respectiv dupã curba 1-A.

In practica comprimarea este intotdeauna politropa, ceea ce face ca o parte din caldura dezvoltata la comprimare sa fie preluata de gaz, a carui temperatura creste. Pentru imbunatatirea randamentului energetic se pot utiliza doua metode:

- racirea compresorulu i, la exterior, cu apa sau aer:

- comprimarea in trepte.

Prima metoda se aplica pentru presiuni mici. Pentru presiuni mari, temperatura gazului poate atinge valori ridicate, daunatoare si periculoase pentru compresor (se poate degrada lubrifiantul sau pot avea loc dilatari nepermis de mari ). In comprimarea in trepte gazul este, succesiv, comprimat politrop in interiorul compresorului dupa care este racit izobar, in exteriorul acestuia. In fig.V.20 este prezentata diagrama teoretica pentru o comprimare in trei trepte. Din diagrama prezentata in fig V.20 se observa ca la comprimarea in trepte se economiseste energie, in comparatie cu comprimarea intr-o singura trapta, a carei valoare este data de aria hasurata. Presiunile intermediare se pot stabili fie din conditia ca lucrul mecanic total sa fie minim, fie din conditia ca temperatura finala la fiecare treapta sa nu depaseasca o valoare maxima impusa. Temperatura finala la comprimarea politropa se poate determina din relatia:

T₂/T₁= (P₂/P₁)^m-1/m

Raportul de comprimare,z, se defineste ca raport intre presiunea finala si cea initiala, la fiecare treapta. Se demonstreaza ca in cazul comprimarii in,n, trepte, lucrul mecanic este minim, daca:

z = P₁/P₀*P₂/P₁*P₃/P₂…P_n/P_n-1

Prin urmare raportul de comprimare la fiecare treapta trebuie sa aiba aceeasi valoare. Numarul de trepte de comprimare este limitat din considerente constructive. Pentru stabilirea numarului de trepte de comprimare, tinand cont de definitia gradului de comprimare, se foloseste relatia:

P_n/P₀ = P₁/P₀*P₂/P₁*P₃/P₂…P_n-1/P_n-2*P_n/P_n-1 =Zⁿ

Cunoscand presiunea initiala, P0, si impunand presiunea finala, Pn, se adopta valoarea raportului de comprimare: 3 <z < 4, dupa care din relatia (V.62) se calculeaza numarul de trepte de comprimare, n.

Date: 2015-12-11; view: 1999