Как известно, для получения высокого давления подходят две ступени компрессора: первая ступень подходит для большого объема газа. Иногда требуется провести компрессию более чем два раза. Зачем нужна иерархическая компрессия? Причина в том, что при необходимости высокого рабочего давления газа одноступенчатая компрессия не только нерентабельна, но иногда даже невозможна, поэтому необходимо применять иерархическую компрессию. Иерархическая компрессия означает, что газ начинает свой путь с вдоха, после нескольких увеличений давления достигает требуемого рабочего давления.
1. Экономия энергопотребления
После иерархической компрессии сжатый газ может быть охлажден охладителем между ступенями после первичной компрессии, чтобы снизить температуру, а затем войти в цилиндр следующей ступени. Температура понижается, а плотность увеличивается, что упрощает дальнейшую компрессию, что значительно экономит энергопотребление по сравнению с одноступенчатой компрессией. Поэтому площадь иерархической компрессии при одинаковом давлении меньше, чем при одноступенчатой компрессии. Чем больше ступеней, тем больше можно сэкономить энергии и ближе к изотермической компрессии.
2. Повышение эффективности использования объема
В связи с производством, монтажом и эксплуатацией объема зазора в цилиндре невозможно избежать, и зазор не только снижает эффективный объем цилиндра напрямую, но и оставшийся газ высокого давления должен расшириться до давления всасывания, прежде чем цилиндр сможет начать вдыхать свежий газ, что дополнительно уменьшает эффективный объем цилиндра. Не трудно понять, что с увеличением давления отношение существенно увеличивается, и оставшийся газ в объеме зазора сжимается еще сильнее, что приводит к еще большему сокращению эффективного объема цилиндра. В экстремальных случаях, даже после полного расширения газа в объеме зазора в цилиндре, давление остается выше давления всасывания, что означает, что цилиндр не может продолжать выполнять впуск и выпуск, и его эффективный объем становится равным нулю. При использовании многоступенчатой компрессии коэффициент сжатия в каждом этапе невелик, что позволяет оставшемуся газу в объеме зазора немного расшириться до достижения давления вдоха, что естественным образом увеличивает эффективный объем цилиндра, таким образом, увеличивая использование объема цилиндра.
3. Снижение температуры выхлопа
Температура исключенного газа компрессора увеличивается с увеличением коэффициента сжатия. Чем выше коэффициент сжатия, тем выше температура выхлопа. Однако слишком высокая температура выхлопа всегда недопустима. Это связано с тем, что в компрессорах с масляной смазкой высокая температура смазочного масла снижает его вязкость, что усиливает износ. При чрезмерном повышении температуры легко образуется углеродное отложение в цилиндре и клапане, что приводит к усилению износа и иногда даже к взрыву. По различным причинам температура выхлопа сильно ограничена, поэтому для снижения температуры выхлопа необходимо использовать многоступенчатое сжатие.
4. Снижение силы газа, действующей на шток поршня
На поршневых компрессорах, когда коэффициент сжатия высок, и применяется одноступенчатое сжатие, диаметр цилиндра больше, и на большой площади поршня действует более высокое давление газа, что приводит к увеличению силы газа на поршень. Если используется многоступенчатое сжатие, сила газа, действующая на поршень, может быть значительно снижена, что позволяет повысить механическую эффективность.
увеличиваться; увеличивается количество газовых каналов, а также увеличивается потеря давления. Поэтому иногда большее количество ступеней может снизить экономичность. Увеличение числа ступеней приводит к увеличению движущихся частей, что также увеличивает риск отказов. Также может снизиться механическая эффективность из-за увеличения трения.