II. Bộ làm mát phía đẩy
4- Nén nhiều cấp
Do trong máy nén có tồn tại khoảng hại nên tỷ số tăng áp chỉ đạt đến một giá trị giới hạn xác định. Mặt khác, không thể nào rút hết nhiệt từ khí nén nên các quá trình nén có xu hướng gần với đoạn nhiệt. Vì vậy, nhiệt độ của khí ở cuối chu trình nén tăng lên rất cao khi tỷ số tăng áp tăng lên. Nhưng nhiệt độ này lại bị hạn chế bởi nhiệt độ làm việc cho phép của dầu bôi trơn bề mặt tiếp xúc giữa pittông và xilanh, do đó, tỷ số tăng áp trong một quá trình nén bị giới hạn. Đồng thời, để nâng cao hiệu suất của quá trình thì khi tỷ số tăng áp
)5 5 4
(
, người ta cũng tiến hành nén nhiều cấp.
Hình 5.4- Chu trình máy nén pittông nhiều cấp
86
Đặc điểm của nén nhiều cấp là nén kết hợp với làm mát đẳng áp trung gian liên tiếp. Trong chu trình nén ở máy nén hai cấp, khí được nén từ áp suất hút p1 đến áp suất trung gian p theo chu trình đoạn nhiệt, sau đó được làm mát đẳng áp đến nhiệt độ ban đầu, lúc này thể tích khí giảm đi một lượng nhất định. Tiếp đó, khí được nén trong cấp thứ hai từ áp suất p đến áp suất p2. Nhờ đó, tiết kiệm được công nén.
Việc phân phối áp suất cho từng cấp phải tuân theo các nguyên tắc sau:
)- Công toàn phần của máy nén phải nhỏ nhất (nghĩa là công trong từng cấp phải như nhau).
)- Việc nén khí trong tất cả các cấp phải tuân theo một định luật. )- Nhiệt độ không khí khi bắt đầu nén ở mỗi cấp phải bằng nhau.
Căn cứ vào những nguyên tắc đó, người ta tìm được tỷ số tăng áp của từng cấp trong máy nén khí có z cấp dùng để nén khí lý tưởng từ áp suất p1 đến áp suất p2 là như nhau và được xác định theo công thức:
z p p 1 2 .
Trong đó: - hệ số kể đến tổn thất trung gian, (1,11,15)
Người ta ghi nhận rằng, đối với khí thực, sự bằng nhau của tỷ số tăng áp ở các cấp sẽ dẫn đến sự khác nhau về công tiêu hao. Ở cấp cao áp, công tiêu hao sẽ lớn hơn. Mặt khác tổn thất trung gian tương đối ở cấp áp suất thấp nhỏ hơn ở cấp áp suất cao. Vì vậy, cần chọn tỷ số tăng áp giảm dần về các cấp phía sau theo công thức:
z hi di i p p 1 2 ' Trong đó: ' i - tỷ số tăng áp ở cấp thứ i, i1,z;
hi và di - hệ số tổn thất áp suất ở phía hút và phía đẩy.
Khi tăng số cấp, chu trình nén nhiều cấp lý thuyết sẽ gần với chu trình đẳng nhiệt (nghĩa là công nén tiêu hao là ít nhất). Nhưng công tiết kiệm thêm được do đưa thêm một cấp mới vào sẽ giảm khi số cấp tăng, mặt khác cấu tạo càng phức tạp và tổn hao công trung gian càng lớn. Vì vậy, khi chọn số cấp của máy nén có năng suất trung bình và lớn phải xuất phát từ điều kiện tỷ số tăng áp trong mỗi cấp không lớn hơn 4 để đảm bảo nhiệt độ trong xilanh không cao, thuận lợi cho sự bôi trơn. Chỉ ở những máy nén nhỏ có điều kiện làm mát thuận lợi và trong một vài máy nén đặc biệt mới được phép dùng tỷ số tăng áp cao hơn.
Việc xác định số cấp thích hợp là một vấn đề rất phức tạp vì cần phải để ý đến nhiều yếu tố mâu thuẫn lẫn nhau: tiêu hao năng lượng, chi phí để chế tạo máy nén, tính điều chỉnh khi làm việc, thời hạn khấu hao.