Áp suất mà máy nén tạo được khi làm việc trong sơ đồ công nghệ sản xuất đạt tới những giá trị rất lớn. Mặt khác, để tạo được áp suất cao trong một cấp của máy nén gặp khó khăn. Nguyên nhân:
Trong máy nén thể tích: là sự tăng quá mức nhiệt độ ở cuối quá trình nén, gây nên sự không thể thiết kế một máy nén có thể lấy nhiệt lượng từ khí nén đủ mạnh.
Trong máy nén cánh dẫn: là không cho phép vận tốc cánh dẫn quá lớn, vì cánh dẫn được làm từ những vật liệu có độ bền xác định.
Vì vậy: để tăng áp suất trong qúa trình nén người ta thường dùng:
Làm lạnh khí trong quá trình nén
Tiến hành nén khí ở những cấp nối tiếp, đồng thời thực hiện giảm nhiệt độ khí ở thiết bị lạnh được đặt ở giữa các cấp.
Sơ đồ chung của máy nén có các cấp nén
Sơ đồ nén nhiều cấp
1,2 – Thiết bị lạnh 3,4,5 – Cấp máy nén
Sử dụng máy nén có cấp với sự làm lạnh khí ở những thiết bị lạnh (TBL) giữa các cấp đưa lại tiết kiệm lớn năng lượng phải tiêu hao để dẫn động máy nén.
Nguyễn Văn Phong_LHD B K57 Page 28
Nếu quá trình nén tiến hành trong 1 cấp, thì đường nén được biểu thị bằng đường đa biến có n > k : 1-2. Khi nén cũng ở trong khoảng áp suất ấy, ở 2 cấp được biểu thị bằng đường gấp khúc 1’-2’-1”-2”, được tạo bởi 2 đường đa biến 1’-2’ và 1”-2” và một đường đẳng áp 2’-1”, là quá trình làm lạnh ở thiết bị lạnh giữa cấp với áp suất cấp pc = const. Trong 2 đồ thị, năng lượng tiết kiệm được từ quá trình nén 2 cấp có làm lạnh giữa cấp được biểu diễn bằng diện tích được gạch ngang 1”-2’-2-2”.
Trong máy nén hiện đại, người ta sử dụng:
1. Làm lạnh máy nén bằng cách đưa nước vào khoang được làm đặc biệt ở trong vỏ đúc gọi là làm lạnh trong. Phương pháp này làm tốt một cách đáng kể điều kiện tra dầu mỡ của máy nén piston. Còn bằng phương pháp này muốn tiết kiệm năng lượng và đưa quá trình nén về đẳng nhiệt không thực hiện được. Nguyên nhân là điều kiện trao đổi nhiệt giữa các dòng khí và nước lạnh gặp khó khăn.
2. Làm lạnh ở trong thiết bị lạnh được đặt ở giữa hai cấp riêng rẽ gọi là làm lạnh ngoài. Với phương pháp này sử dụng thiết bị lạnh dạng ống có bề mặt tiếp xúc lớn có thể thu được tiết kiệm năng lượng tiêu hao 1 phần. Trong các máy nén ly tâm, các thiết bị lạnh thường được phân bố giữa các nhóm cấp để làm đơn giản kết cấu của thiết bị.
3. Làm lạnh liên hợp là kết hợp cả làm lạnh trong và làm lạnh ngoài. Phương pháp này có tính hiệu quả lớn nhất và được sử dụng rất rộng rãi mặc dù kết cấu phức tạp và tăng giá thiết bị.
4. Làm lạnh bằng sự phun nước lạnh vào dòng khí trước cấp thứ nhấtcủa máy nén. Với phương pháp này nhiệt lượng khí được tiêu hao từng phần để làm bay hơi nước làm lạnh và nhiệt độ cuối quá trình nén bị giảm khá nhiều. Nhược điểm của phương pháp này là làm ẩm khí do đó trong một số trường hợp không thể dùng được.