Многоступенчатые компрессоры. 
Термодинамика и теория теплообмена

При политропном и адиабатном сжатии температура газа повышается. При этом чем выше давление сжатого газа, тем значительнее повышается его температура. Так, при р₂/р_{ = 100 и п= 1,3.

что при = 25 °C дает ?₂= 600 °C. По условиям смазки поршневого компрессора температура газа в конце сжатия не должна превышать 160—180°С.

Для получения высоких давлений при указанных условиях необходимо применять многоступенчатое сжатие. В этом случае происходит последовательное повышение давления газа в ряде цилиндров с промежуточным его охлаждением до начальной температуры.

На рис. 3.4 показана схема трехступенчатого компрессора с двумя промежуточными охладителями газа 1 и 2.

Рабочий процесс такого компрессора на ро- и 75-диаграммах представлен на рис. 3.5. В первой ступени происходит политропное сжатие 1—а от начального давления р_х до некоторого промежуточного давления р_х. При этом температура газа повышается от Т_х до Т₂ и отводится теплота ц_х__п (площадь на диаграмме 75). Затем газ направляется в промежуточный охладитель 1, где при постоянном давлении р_х он охлаждается до начальной температуры Г, (процесс а—Ъ на диаграммах ро и 75). От рабочего тела при этом отводится теплота q_ah. Охлажденный газ сжимается во второй ступени в процессе 6—с до давления рц и затем охлаждается (процесс c—d) в охладителе 2. В этих процессах отводится теплота q_hc и q_cd. В третьей ступени компрессора газ сжимается до конечного давления р₂ в процессе d—2, причем сжатие сопровождается отводом теплоты q_d_₂.

Рис. 3−4. Схема трехступенчатого компрессора с двумя промежуточными охладителями газа.

Рис. 3.5. Рабочий процесс трехступенчатого компрессора.

Описанный способ повышения давления в трехступенчатом компрессоре позволяет получить экономию в потребляемой работе по сравнению с одноступенчатым компрессором (на рис. 3.5 это процесс 1—е, которому соответствует заштрихованная площадь на диаграмме рг>).

Если охлаждение в промежуточных охладителях производится до начальной температуры и температура в конце сжатия во всех ступенях компрессора одна и та же, то и степень повышения давления х по ступеням распределяется равномерно:

или.

откуда.

При 2 ступенях сжатия.

где р₂ — заданное конечное (максимальное) давление газа после сжатия в последней ступени.

По формуле (3.6) подбирают рациональное число ступеней компрессора и вычисляют степень повышения давления в одной ступени.

При рассмотренных условиях распределения давления по ступеням компрессора работа, затрачиваемая в каждой ступени, одинакова. Поэтому.

Теплота, кДж/с, отводимая в компрессоре в процессе сжатия и в процессе изобарного охлаждения в промежуточных холодильниках, рассчитывается по формуле.

где М_ч — массовый расход газа, кг/с; г/, __а — теплота, отводимая в полигропном процессе сжатия в одной ступени компрессора, кДж/кг;

д_а_1, — теплота, отводимая в одном охладителе газа, кДж/кг;