g. Hiệu suất thể tích của máy nén:
3.6.1.Tại sao phải chế tạo máy nén khí nhiều cấp:
Trong thực tế sản xuất để có khí nén áp suất cao, người ta phải chế tạo và sử dụng máy nén khí piston nhiều cấp có làm mát trung gian vì các nguyên nhân cơ bản sau:
* Do giới hạn nhiệt độ khí nén sau cấp nén:
Ta đã biết rằng để máy nén khí làm việc bình thường, ta phải đảm bảo tốt điều kiện bôi trơn nghĩa là nhiệt độ khí nén và các bộ phận của máy không vượt quá giá trị nhiệt độ làm việc cho phép đối với vật liệu bôi trơn. Thường ta sử dụng loại dầu bôi trơn của máy nén với nhiệt độ làm việc không quá 180o C. Vì vậy yêu cầu nhiệt độ khí nén cũng không vượt quá giá trị này.
Như vậy nhiệt độ khí nén càng cao khi tỷ số nén càng lớn, vì vậy phải hạn chế ε để T2 không vượt quá giới hạn làm mất tính năng bôi trơn và bắt cháy nổ của dầu bôi trơn.
Trên cơ sở yêu cầu giá trị của áp suất khí nén cần cung cấp, người thiết kế máy nén với số luợng, cấp nén phù hợp để đạt hiệu quả kinh tế cao nhất
Thông thường người ta chọn số cấp nén theo bảng sau:
Bảng 3.1. Tỉ số nén theo các cấp.
Cấp số nén z 1 2 3 4 5-7
Tỷ số nén z ≥ 7 5 30 15 150 35 400 150
* Do công tiêu thụ trong máy nén nhiều cấp có làm mát trung gian nhỏ hơn công tiêu thụ cho máy nén một cấp có cùng tỷ số:
Hình 3.8. Công tiêu thụ trong máy nén nhiều cấp. Xét quá trình đa biến lý thuyết:
- Nếu là máy nén một cấp thì khí nén được nén theo đường 1-A-2’, khi đó công tiêu thụ cả chu trình là diện tích của hình ( 4-1-A-2’-2-3-4).
- Nếu là máy nén 2 cấp có làm mát trung gian để nhiệt độ khí sau cấp nén thứ nhất bằng nhiệt độ khí nạp TB = T1 thì quá trình nén là:
+ Đường 1-A : Quá trình nén đa biến cấp 1. + Đường A-B : Làm mát đẳng áp.
+ Đường B-2 : Nén đa biến cấp 2
- Công tiêu thụ của máy nén 2 cấp cùng tỷ số nén ε là diện tích giới hạn bởi đường (4-1-A-B-2-3-4).
- So với máy nén một cấp cùng tỷ số nén ta thấy máy nén hai cấp có làm mát trung gian tiêu thụ ít hơn một lượng công bằng diện tích của hình (A- B-2-2’-A).
* Do ảnh hưởng của khoảng không gian chết Vh : ε = P2/ P1
ε’ = P2’/ P1’ ε” = P2”/ P1”
Xét các chu trình lý thuyết có tính đến Vh và các tỷ số nén khác nhau Ta có: ε < ε’ < ε” và V4 < V4’ < V4’’
Nghĩa là khi tăng tỷ số nén, áp suất nén trong khoảng không gian chết bằng áp suất trong đường xả cần lớn thì sẽ càng lớn và do vậy lượng khí đó
dãn nở sẽ chiếm trong xilanh nhiều hơn, dẫn đến làm giảm lượng khí nạp thực tế vào xilanh và ảnh hưởng tới lưu lượng và công suất máy.
Hình 3.9. Ảnh hưởng của khoảng không gian chết.
Khi tỷ số nén và áp suất nén đủ lớn thì lượng khí trong khoảng không gian chết sẽ dãn nở và sẽ chiếm hoàn toàn thể tích công tác của xi lanh và khi đó năng suất nén của máy nén sẽ bằng 0.
Vì vậy tỷ số nén càng bé càng có lợi. Tuy nhiên khi thiết kế phải tính toán đến nhiều yếu tố khác để lựa chọn số cấp nén cho hợp lý.
* Do giảm lực tác dụng lên piston và các chi tiết truyền động máy nén khi sử dụng máy nén khí nhiều cấp.
* Công nén của máy nén một cấp tăng do mất mát vì rò rỉ lớn, mất mát công suất ở các van lớn, do không làm mát đầy đủ khí nén, do sự thay đổi tính chất của khí nén khi bị nén và những nguyên nhân khác.