當要求氣體的工作壓力較高時,采用單級壓縮不僅不經濟,有時甚至是不可能實現(xiàn)的,必須采用多級壓縮。多級壓縮就是將氣體從吸入開始,經過幾次升壓而達到所需要的工作壓力。
1. 節(jié)省功率消耗
采用多級壓縮,可以通過在級間設置中間冷卻器的方法,使被壓縮氣體在經過一級壓縮后,先進行等壓冷卻,以降低溫度,再進入下一級氣缸。溫度降低、密度增大,這樣易于進一步壓縮,較之一次壓縮可以大大節(jié)省耗功量。
因此在相同的壓力下多級壓縮做功的面積就比單級壓縮要少。級數(shù)越多省的功耗就越多越接近于等溫壓縮。
注意:噴油螺桿空壓機的空壓機已經非常接近定溫過程。如到達飽和狀態(tài)后繼續(xù)壓縮繼續(xù)冷卻的話,將有冷凝水析出。
這些冷凝水如果與壓縮空氣一起進入油氣分離器(油箱)內,會使冷卻油乳化,影響潤滑效果。隨著冷凝水的不斷增加,油位也會不斷上升,最后冷卻油將會隨同壓縮空氣進入系統(tǒng),污染壓縮空氣,對系統(tǒng)造成嚴重后果。
因此,為了防止冷凝水的產生,壓縮腔內的溫度不能過低,必須大于冷凝溫度。如排氣壓力為11bar(A)的空壓機,冷凝溫度為68℃,當壓縮腔內溫度低于68℃時,將有冷凝水析出。
因此噴油螺桿空壓機的排氣溫度不能過低,即等溫壓縮的應用在噴油螺桿機中由于冷凝水的問題受到了限制。
2. 提高容積利用率
由于制造、安裝以及運行三方面的原因,氣缸內的余隙容積總是不可避免的,而余隙容積不僅直接減小了氣缸的有效容積,而且其中所殘留的高壓氣體還必須膨脹至吸氣壓力,氣缸才能開始吸入新鮮氣體,這樣就等于進一步減小了氣缸的有效容積。
不難理解,如果壓力比愈大,則余隙容積內殘留氣體膨脹愈劇,氣缸有效容積則愈小。在極限情況下,甚至能夠出現(xiàn)余隙容積內的氣體在氣缸內完全膨脹后,壓力仍不低于吸氣壓力,這時就無法繼續(xù)吸、排氣,氣缸的有效容積就變成了零。
如果采用多級壓縮,則每一級的壓縮比很小,余隙容積內殘留氣體稍微膨脹即可達到吸氣壓力,這樣自然就可以使氣缸有效容積增大,從而提高氣缸容積的利用率。
3. 降低排氣溫度
壓縮機的排除氣體的溫度是隨壓縮比的增加而升高的,壓縮比越高排氣溫度就越高,但是過高的排氣溫度往往是不允許的。
這是由于:在油潤滑的壓縮機中,潤滑油溫度搞了會降低粘度,加劇磨損,當溫度升高過高時容易在缸內及閥門上形成積碳,加劇磨損,有事甚至發(fā)生爆炸。
基于各種原因,大大限制了排氣溫度,所以必須采用多級壓縮降低排氣溫度。
注意:分級壓縮可以降低螺桿空壓機的排氣溫度,同時也可使空壓機的熱力過程盡可能地向定溫壓縮靠近,以達到節(jié)能效果,但并不是絕、對的。
尤其對于排氣壓力13bar以下的噴油螺桿空壓機而言,由于其在壓縮過程中噴入了低溫的冷卻油,壓縮過程已經接近了定溫過程,沒必要再進行二級壓縮。
如在此噴油冷卻的基礎上再進行分級壓縮,使結構復雜,制造成本提高,還增加了氣體的流動阻力和額外的功耗,有點得不償失。
此外,如溫度過低,在壓縮過程中形成冷凝水的話將導致系統(tǒng)狀態(tài)惡化,造成嚴重后果。