Wiele osób wie, że dwa stopnie sprężarki nadają się do produkcji pod wysokim ciśnieniem, a pierwszy stopień nadaje się do dużej produkcji gazu. Czasami konieczne jest wykonanie więcej niż dwóch uciśnięć. Dlaczego potrzebujesz stopniowanej kompresji?
Gdy wymagane jest wysokie ciśnienie robocze gazu, zastosowanie sprężania jednostopniowego jest nie tylko nieekonomiczne, ale czasami wręcz niemożliwe i konieczne jest stosowanie sprężania wielostopniowego. Sprężanie wielostopniowe polega na rozpoczęciu gazu od wdechu, a po kilku doładowaniach do osiągnięcia wymaganego ciśnienia roboczego.

1. Oszczędzaj zużycie energii

W przypadku sprężania wielostopniowego, pomiędzy stopniami można umieścić chłodnicę, dzięki czemu sprężony gaz po jednym stopniu sprężania jest poddawany chłodzeniu izobarycznemu w celu obniżenia temperatury, a następnie trafia do cylindra następnego stopnia. Temperatura jest obniżona, a gęstość zwiększona, dzięki czemu można łatwo poddać dalszej kompresji, co może znacznie zaoszczędzić zużycie energii w porównaniu z jednorazową kompresją. Dlatego pod tym samym ciśnieniem obszar roboczy kompresji wielostopniowej jest mniejszy niż obszar kompresji jednostopniowej. Im większa liczba stopni, tym większe zużycie energii i tym bliżej kompresji izotermicznej.
Uwaga: Sprężarka powietrza sprężarki śrubowej z wtryskiem oleju pracuje bardzo blisko procesu o stałej temperaturze. Jeżeli po osiągnięciu stanu nasycenia będziesz kontynuować sprężanie i schładzanie, wytrąci się skroplona woda. Jeżeli skroplona woda przedostanie się do separatora olej-powietrze (zbiornik oleju) wraz ze sprężonym powietrzem, spowoduje emulgację oleju chłodzącego i wpłynie na skuteczność smarowania. Wraz ze wzrostem ilości skroplonej wody poziom oleju będzie nadal rósł, aż w końcu olej chłodzący przedostanie się do układu wraz ze sprężonym powietrzem, zanieczyszczając sprężone powietrze i powodując poważne konsekwencje dla układu.
Dlatego też, aby zapobiec tworzeniu się skroplonej wody, temperatura w komorze sprężania nie może być zbyt niska i musi być wyższa od temperatury skraplania. Na przykład sprężarka powietrza o ciśnieniu wylotowym 11 barów (A) ma temperaturę skraplania 68°C. Gdy temperatura w komorze sprężania jest niższa niż 68°C, wytrąca się skroplona woda. Dlatego temperatura spalin ze sprężarki śrubowej z wtryskiem oleju nie może być zbyt niska, co oznacza, że ​​zastosowanie sprężania izotermicznego w sprężarce śrubowej z wtryskiem oleju jest ograniczone ze względu na problem kondensacji wody.

2. Popraw wykorzystanie wolumenu

Z trzech powodów związanych z produkcją, instalacją i działaniem, luz w cylindrze jest zawsze nieunikniony, a luz nie tylko bezpośrednio zmniejsza efektywną objętość cylindra, ale także resztkowy gaz pod wysokim ciśnieniem musi zostać rozprężony do ciśnienia ssania butla może zacząć wdychać świeży gaz, co jest równoznaczne z dalszym zmniejszeniem efektywnej objętości butli.
Nietrudno zrozumieć, że jeśli stosunek ciśnień jest większy, gaz resztkowy w objętości prześwitu będzie się rozszerzał szybciej, a efektywna objętość cylindra będzie mniejsza. W skrajnych przypadkach, nawet po całkowitym rozprężeniu gazu w objętości luzu w cylindrze, ciśnienie nadal nie jest niższe niż ciśnienie ssania. W tym momencie nie można kontynuować ssania i wydechu, a efektywna objętość cylindra wynosi zero. Jeśli stosuje się sprężanie wielostopniowe, stopień sprężania każdego stopnia jest bardzo mały, a gaz resztkowy w objętości prześwitu nieznacznie rozszerza się, aby osiągnąć ciśnienie ssania, co w naturalny sposób zwiększa efektywną objętość cylindra, poprawiając w ten sposób stopień wykorzystania objętość cylindra.

3. Obniż temperaturę spalin

Wraz ze wzrostem stopnia sprężania wzrasta temperatura gazów spalinowych sprężarki. Im wyższy stopień sprężania, tym wyższa temperatura spalin, ale często nie jest dopuszczalna zbyt wysoka temperatura spalin. Dzieje się tak dlatego, że: w sprężarce smarowanej olejem temperatura oleju smarowego zmniejsza lepkość i zwiększa zużycie. Kiedy temperatura wzrośnie zbyt wysoko, łatwo jest utworzyć osady węgla w cylindrze i na zaworze, pogorszyć zużycie, a nawet eksplodować. Z różnych powodów temperatura spalin jest znacznie ograniczona, dlatego w celu obniżenia temperatury spalin należy zastosować sprężanie wielostopniowe.
Uwaga: Sprężanie etapowe może obniżyć temperaturę spalin sprężarki śrubowej, a jednocześnie może sprawić, że proces cieplny sprężarki powietrza będzie jak najbardziej zbliżony do kompresji o stałej temperaturze, aby osiągnąć efekt oszczędności energii, ale to nie jest absolutne. Zwłaszcza w przypadku śrubowych sprężarek powietrza z wtryskiem oleju o ciśnieniu wylotowym 13 barów lub niższym, ze względu na niskotemperaturowy olej chłodzący wtryskiwany podczas procesu sprężania, proces sprężania jest już zbliżony do procesu w stałej temperaturze i nie ma potrzeby stosowania kompresja wtórna. Jeśli stopniowe sprężanie przeprowadza się w oparciu o chłodzenie wtryskiem oleju, konstrukcja jest skomplikowana, koszty produkcji wzrastają, a także zwiększają się opory przepływu gazu i dodatkowe zużycie energii, co jest niewielką stratą . Ponadto, jeśli temperatura będzie zbyt niska, powstawanie skroplonej wody podczas procesu sprężania doprowadzi do pogorszenia stanu układu, co będzie skutkować poważnymi konsekwencjami.

4. Zmniejszyć siłę gazu działającą na tłoczysko

W sprężarce tłokowej, gdy stopień sprężania jest wysoki i stosuje się sprężanie jednostopniowe, średnica cylindra jest większa, a na większą powierzchnię tłoka działa wyższe końcowe ciśnienie gazu, a gaz na tłoku jest większy. Jeśli zastosuje się kompresję wielostopniową, można znacznie zmniejszyć siłę gazu działającą na tłok, dzięki czemu możliwe jest zmniejszenie masy mechanizmu i poprawienie sprawności mechanicznej.
Oczywiście kompresja wielostopniowa nie jest im większa, tym lepsza. Ponieważ im większa liczba stopni, tym bardziej złożona konstrukcja sprężarki, wzrost rozmiaru, masy i kosztu; wzrost przepływu gazu, wzrost straty ciśnienia na zaworze gazowym i zarządzaniu itp., więc czasami im większa liczba stopni, tym niższa ekonomiczność, tym większa liczba stopni. W przypadku większej liczby ruchomych części ryzyko awarii również wzrośnie. Sprawność mechaniczna również ulegnie zmniejszeniu ze względu na zwiększone tarcie.