Đồ án Nghiên cứu máy nén khí piston 4BY-5/9 trong công tác khoan, khai thác dầu khí và phương pháp phục hồi cụm piston, xi lanh của máy nén khí 4BY-5/9

MỤC LỤC Danh mục hình vẽ có trong đồ án. STT Tên hình vẽ. Trang 1 Hình 2.1. Đồ thị S-T. Quá trình đẳng nhiệt của máy nén khí. 15 2 Hình 2.2. Đồ thị S-T. Quá trình đẳng Entropi. 16 3 Hình 2.3. Đồ thị S-T. Quá trình đa biến của máy nén khí. 16 4 Hình 2.4. Đồ thị P-V. Biểu diễn quá trình làm việc của máy nén khí. 18 5 Hình 2.5. Sơ đồ hệ thống làm mát trong máy nén khí. 22 6 Hình 3.1. Sơ đồ cấu tạo máy nén khí piston một cấp. 27 7 Hình 3.2. Đường đặc tính lý thuyết của máy nén khí. 28 8 Hình 3.3. Khoảng không gian chết. 31 9 Hình 3.4. Sự phụ thuộc của l0 vào thể tích V và áp suất nén P. 33 10 Hình 3.5. Đường đặc tính nén. 34 11 Hình 3.6. Chu trình nén thực tế. 35 12 Hình 3.7. Đường đặc tính theo tỷ số nén. 36 13 Hình 3.8. Công tiêu thụ trong máy nén nhiều cấp. 37 14 Hình 3.9. Ảnh hưởng của khoảng không gian chết. 38 15 Hình 3.10. Áp suất nén giữa các cấp nén. 39 16 Hình 3.11. Sơ đồ tổng quát của máy nén nhiều cấp. 41 17 Hình 4.1. Cấu tạo máy nén khí 4BY-5/9. 46 18 Hình 4.2. Sơ đồ động học của máy nén khí 4BY-5/9. 47 19 Hình 4.3. Trục khuỷu máy nén khí 4BY - 5/9. 48 20 Hình 4.4. Tay biên máy nén khí 4BY-5/9. 49 21 Hình 4.5. Piston cấp I máy nén khí 4BY – 5/9. 50 22 Hình 4.6. Piston cấp II máy nén khí 4BY – 5/9. 50 23 Hình 4.7. Van hút. 51 24 Hình 4.8. Van nén. 52 25 Hình 4.9. Van một chiều. 52 26 Hình 4.10. Van thông áp. 53 27 Hình 4.11. Van an toàn. 54 28 Hình 4.12. Hệ thống làm mát máy nén khí. 55 29 Hình 5.1. Sơ đồ quy trình công nghệ sửa chữa. 60 30 Hình 5.2. Cách đặt thước kiểm tra độ mòn và độ ôvan của trục. 64 31 Hình 5.3. Đo độ cong của trục khuỷu. 68 32 Hình 5.4. Nắn trục khuỷu bị cong. 69 Danh mục bảng biểu có trong đồ án. STT Tên Bảng Trang 1 Bảng 1.1. Thông số kỹ thuật của máy nén khí BY-06/13. 11 2 Bảng 1.2. Đặc tính kỹ thuật máy nén khí INGER SOLLRAND T30-7100x15. 12 3 Bảng 1.3. Thông số kỹ thuật máy nén khí cao áp KP-2. 12 4 Bảng 1.4. Đặc tính kỹ thuật máy nén khí 2BM4-9/101. 13 5 Bảng 3.1. Tỉ số nén theo các cấp. 36 6 Bảng 5.1. Sơ đồ quy trình công nghệ sửa chữa mòn cổ trục khuỷu 65 7 Bảng 5.2. Hư hỏng thường gặp và cách khắc phục. 71 8 Bảng 6.1. Tiêu chuẩn kỹ thuật khi chế tạo xilanh. 74 9 Bảng 6.2. Khe hở tiêu chuẩn của chốt và bạc đầu nhỏ tay biên. 82 LỜI MỞ ĐẦU Năm 2007, Việt Nam chính thức gia nhập WTO đồng nghĩa với đó là nền kinh tế Việt Nam hoà nhập vào nền kinh tế chung toàn cầu. Đây là một mốc son đánh dấu một bước phát triển mới, cao hơn sâu sắc hơn của nền kinh tế, đồng thời nó cũng là cơ hội lớn của nền kinh tế Việt Nam phát triển nhanh hơn mạnh hơn. Nhưng đi cùng với đó là những khó khăn, thách thức đối với nền kinh tế trong nước bởi sự cạnh tranh của hơn 100 nền kinh tế trên toàn cầu. Với chính sách mở cửa thông thoáng của Nhà nước nhằm thực hiện đúng mục tiêu đưa Việt Nam trở thành một nước công nghiệp phát triển vào năm 2020.Vì vậy từng ngành cần phải nỗ lực, phấn đấu, đổi mới, sáng tạo, nắm bắt được công nghệ – kỹ thuật mới để nâng cao năng suất cũng như chất lượng sản phẩm.Trong thời kỳ hội nhập kinh tế WTO,với vai trò là ngành đóng góp phần quan trọng vào GDP toàn quốc,dầu khí càng được chú trọng đầu tư phát triển. Hiện nay có rất nhiều công ty dầu khí trong và ngoài nước như: Vietsopetro, BHP, BP, Mobil, Schlumberger… với nhiều mỏ dầu mới được phát hiện và khai thác đã chứng tỏ tiềm năng rất lớn về dầu khí của nước ta. Trước thực tế đó,một nhiệm vụ quan trọng được đặt ra là phải có một hệ thống thiết bị hiện đại, phù hợp, mang lại hiệu quả kinh tế cao. Hiện nay, máy móc, thiết bị phục vụ cho công tác tìm kiếm , thăm dò, khai thác dầu khí rất đa dạng và phong phú. Việc tìm kiếm, tiếp cận công nghệ mới, tìm hiểu về nguyên lý hoạt động và các dạng hỏng hóc thường gặp của thiết bị để tìm biện pháp nâng cao tuổi thọ thiết bị là rất quan trọng vì từ đó ta có thể nắm bắt được ưu, nhược điểm từng thiết bị để có thể sử dụng hợp lí mang lại năng suất làm việc cao nhất, với thời gian lâu nhất. Với mục tiêu là sử dụng sao cho có năng suất cao nhất với khả năng làm việc của máy nén piston, nên em đã quyết định chọn đề tài: “Nghiên cứu máy nén khí piston 4BY-5/9 trong công tác khoan, khai thác dầu khí và phương pháp phục hồi cụm piston – xilanh của máy nén khí 4BY-5/9 ”.Với mục đích đó, đồ án của em tập trung vào tìm hiểu cấu tạo, nguyên lí vận hành và bảo dưỡng, sửa chữa máy nén khí, từ đó đưa ra các phương pháp sửa chữa cụm piston – xilanh của máy nén. Em xin chân thành cảm ơn thầy TS. Vũ Nam Ngạn đã hướng dẫn tận tình và đưa ra nhiều ý kiến quý báu giúp em thực hiện đề tài tốt nhất. Là một đề tài kỹ thuật nên cần sự nghiên cứu sâu; song do kiến thức chuyên môn và kinh nghiệm thực tế chưa nhiều nên ảnh hưởng nhất định đến kết quả đề tài, rất mong thầy cô và các bạn góp ý. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội 6– 2010. Sinh viên thực hiện. Nguyễn văn Thoan. CHƯƠNG I : TỔNG QUAN CHUNG VỀ XÍ NGHIỆP LIÊN DOANH DẦU KHÍ VIETSOPETRO 1.1. Tổng quan về ngành dầu khí 1.1.1. Sơ lược về liên doanh dầu khí Việt-Xô Xí nghiệp liên doanh Dầu khí Việt-Xô hay Vietsopetro là liên doanh thăm dò và khai thác dầu khí giữa Việt Nam và Liên bang Nga, hiện hoạt động chủ yếu tại các mỏ dầu ở biển Đông như Mỏ Bạch Hổ, Mỏ Rồng. Trụ sở chính của Vietsopetro đặt tại số 105 đường Lê Lợi, thành phố Vũng Tàu, Việt Nam. Liên doanh được thành lập từ ngày 19 tháng 11 năm 1981, có trụ sở tại Vũng Tàu. Nga (lúc đó còn là Liên Xô) và Việt Nam hiện có mỗi bên một nửa trong tổng vốn đầu tư 1,5 tỷ đô la. Đại diện cho phía Việt Nam trong liên doanh là Tổng công ty Dầu khí Việt Nam, còn đại diện phía Nga là Liên đoàn Kinh tế đối ngoại Liên bang Nga (Zarubezneft). Hiện nay đây là mảng hợp tác hiệu quả của hai nước, riêng ngân sách của Nga hàng năm nhận khoảng 500-700 triệu USD từ liên doanh, tổng doanh thu phía Nga đạt trên 4,5 tỷ USD. Khai thác tấn dầu đầu tiên: ngày 26 tháng 6 năm 1986. Hoạt động: đến 1992 đạt 10 triệu tấn, 20 triệu tấn vào năm 1993, 50 triệu tấn năm 1997, 100 triệu tấn năm 2001 và đến 4 tháng 12 năm 2005 đạt tổng sản lượng khai thác 150 triệu tấn dầu thô. Quy mô: Vietsopetro đóng góp khoảng 80% lượng dầu thô xuất khẩu hàng năm từ Việt Nam. Chính phủ hai nước đã đồng ý cho liên doanh lập dự án mới về quy mô hoạt động sau khi hợp đồng liên doanh hết hạn vào 2010, bao gồm cả khả năng hoạt động tại một nước thứ ba. 1.1.2. Tình hình khai thác dầu khí ở mỏ Bạch Hổ Mỏ Bạch Hổ nằm ở lô 0.9 trên biển Đông, cách bờ biển 100 km, cách cảng Vũng Tàu khoảng 130 km, chiều sâu nước biển vùng khai thác khoảng 50 máy nén khí. Hiện nay, ở mỏ Bạch Hổ chủ yếu khai thác bằng Gaslift và bơm điện chìm. Mỏ có trữ lượng khoảng 300 triệu tấn, trung bình mỗi ngày khai thác khoảng 38 nghìn tấn dầu thô, chiếm 80% sản lượng dầu thô ở Việt Nam. Tháng 3 năm 2001 Viêtsopetro làm lễ đón mừng tấn dầu thứ 100 triệu, đến 04/12/2005 Viêtsopetro khai thác được 150 triệu tấn dầu thô và đưa vào bờ 15 tỷ m3 khí đồng hành. Theo kế hoạch 2006-2010 Viêtsopetro phấn đấu gia tăng sản lượng từ 37 đến 40 triệu tấn dầu thô và đưa vào bờ 6.5 tỷ m3 khí đồng hành. 1.2. Mục đích sử dụng máy nén khí Máy nén khí đã xuất hiện từ rất sớm, ngay từ thời cổ đại đã có các loại máy thổi khí dùng trong sản xuất sắt, đồng; kể cả các máy thổi khí chạy bằng sức nước. Tới thế kỷ XIX, máy nén khí piston và máy nén khí ly tâm hướng trục ra đời. Năng suất của máy ngày càng được nâng lên. Máy nén khí piston có năng suất 104 m3/h và áp suất lên tới 100 at, máy nén khí li t âm có năng suất 105 m3/h và áp suất lên tới 100 at. Tất cả các loại máy nén khí dùng để tạo ra nguồn khí cao áp, dùng trong các hoạt động khoan, khai thác, và vận chuyển dầu khí. Ứng dụng của máy nén khí bao gồm: Khai thác dầu bằng phương pháp gaslift. Gọi dòng cho giếng. Cung cấp nguồn khí nén cho các thiết bị khoan. Dùng để vận chuyển ximăng. Cung cấp nguồn khí nuôi cho các thiết bị đo và tự động điều chỉnh. Cung cấp khí nén cho hệ thống điều khiển các van… Cung cấp cho hệ thống khởi động nhờ khí nén. Làm chất trung gian truyền nhiệt cho các máy sây hay làm lạnh. 1.3. Phân loại máy nén khí Máy nén khí được phân ra nhiều loại khác nhau tuỳ theo từng mục đích phân loại. Nhưng cơ bản nhất là phân loại theo nguyên lí làm việc. Theo đó ta phân ra làm 2 loại chính: máy nén khí động học và máy nén khí thể tích. 1.3.1. Máy nén khí động học Ở loại này, áp suất khí được nâng lên cao bằng cách cấp động năng cưỡng bức cho khí từ các cơ cấu làm việc, lúc này khí biến chuyển động cưỡng bức và động năng thành thế năng. Trong thực tế, chuyển động của khí ở loại này có biên độ nhỏ và tần số lớn nên có thể coi là ổn định. Loại máy nén khí động học này bao gồm: Máy nén khí ly tâm. Máy nén khí hướng trục. Máy nén khí cánh dẫn. 1.3.2. Máy nén khí thể tích Việc nâng cao áp suất khí trong loại máy nén khí này được thực hiện bằng việc nén cưỡng bức, làm giảm thể tích không gian làm việc. Như vậy chu trình khi nén là một chu trình tuần hoàn và là một chu trình xác định. Máy nén khí thể tích gồm có các loại sau: Máy nén khí piston. Máy nén khí trục vít. Máy nén khí rôto. Ngoài ra, còn có thể phân loại máy nén khí theo các cách sau: */ Phân loại theo lưu lượng: - Máy nén có lưu lượng lớn: Q > 100 (m3/phút). - Máy nén có lưu lượng trung bình: Q = 10÷100 (m3/phút). - Máy nén có lưu lượng nhỏ: Q = 0.04÷10 (m3/phút). */ Phân loại theo áp suất có thể tạo ra: - Máy nén có áp suất cao: P > 100 (KG/cm2). - Máy nén có áp suất trung bình: P = 10÷100 (KG/cm2). - Máy nén có áp suất thấp: P = 2÷10 (KG/cm2). */ Phân loại theo cách bố trí đường tâm xilanh: - Máy nén ngang. - Máy nén thẳng đứng. - Máy nén dạng góc (chữ L,V, W). */ Phân loại theo loại khí nén: - Máy nén khí ôxy. - Máy nén khí gas. - Máy nén khí không khí. */ Phân loại theo động cơ dẫn động: - Máy nén khí được truyền động bằng động cơ điện. - Máy nén khí được truyền động bằng động cơ Diesel. - Máy nén khí được truyền động bằng động cơ tua bin. */ Phân loại theo kiểu làm mát: - Máy nén làm mát bằng nước hay không khí. - Máy nén làm mát bằng không khí. */ Phân loại theo số lần tác dụng: - Máy nén khí tác dụng đơn. - Máy nén khí tác dụng kép. */ Phân loại theo số cấp nén: - Máy nén khí một cấp. - Máy nén khí nhiều cấp. 1.4. Một số loại máy nén khí đang được sử dụng tại liên doanh Vietsopetro (VSP) Với ưu điểm là kết cấu đơn giản, gọn gàng và dễ dàng khắc phục các hư hỏng, nên máy nén khí piston rất phù hợp với điều kiện làm việc trên biển. Hơn nữa, khả năng làm việc của máy nén khí piston là rất rộng, nó sản xuất năng lượng từ thấp đến cao và tạo cột áp cao nên trong xí nghiệp VSP chủ yếu sử dụng máy nén khí piston. Một số loại máy nén khí piston đang sử dụng tại VSP: Máy nén khí BY-06/13: Dùng để đảm bảo cung cấp khí nén cho các dụng cụ đo kiểm tra và điều khiển tự động trên giàn cố định với áp suất tối đa là 12KG/cm2. Các máy nén khí này lắp trên giàn cố định ở mỏ Bạch Hổ chỉ sử dụng khí nén tới áp suất 8 KG/cm2. Bảng 1.1. Thông số kỹ thuật của máy nén khí BY-06/13. Thông số kỹ thuật Đơn vị Máy nén khí Kiểu máy Piston chữ V 2 cấp, tác dụng đơn Chất khí công tác Không khí Áp suất nạp Áp suất khí trời Hướng quay phải (nhìn từ động cơ) Năng suất hút m3/ph 0.6 Vòng quay định mức v/ph 1445 Áp suất kk nén cấp I KG/cm2 3.7÷3.9 Áp suất kk nén cấp II KG/cm2 13 Nhiệt độ kk tối đa ở trong MNK khi nhiệt độ ngoài trời là 20oC oC 180 Số xilanh Cấp I(sơ cấp) chiếc 1 Cấp II(thứ cấp) chiếc 1 Đường kính xilanh Cấp I(sơ cấp) mm 120 Cấp II(thứ cấp) mm 62 Hành trình piston mm 55 Nhớt trong cácte lit 3.35 Tiêu hao nhớt gam/giờ 50 Động cơ điện Công suất KW 4.8 Điện áp V 220/380 Tần số Hz 50 Máy nén khí INGER SOLLRAND T30-7100 x 15: Lắp ở trạm máy nén cùng với các loại máy nén khác cung cấp khí vào bình chứa để phục vụ cho các công tác khác. Bảng 1.2. Đặc tính kỹ thuật máy nén khí INGER SOLLRAND T30-7100x15 Thông số kỹ thuật Đơn vị Máy nén khí Năng suất hút Lý thuyết m3/ph 1.71 Thực tế 1.288 Áp suất kk nén cấp II KG/cm2 11.03 Số xilanh Cấp I(sơ cấp) chiếc 1 Cấp II(thứ cấp) chiếc 1 Đường kính xilanh Cấp I(sơ cấp) mm 139.7 Cấp II(thứ cấp) mm 76 Áp suất van an toàn 1 KG/cm2 5.517 Áp suất van an toàn 2 KG/cm2 11.38 Áp suất van an toàn bình chứa KG/cm2 12 Động cơ điện Công suất Mã lực 15 Điện áp V 380 Tần số Hz 50 Máy nén khí cao áp KP-2: Bảng 1.3. Thông số kỹ thuật máy nén khí cao áp KP-2 Thông số kỹ thuật Đơn vị Máy nén khí Kiểu máy đứng, 3 cấp. Piston dạng bậc, tác dụng đơn, kiểu K2-150 Chất khí công tác Không khí Áp suất nạp Áp suất khí trời Hướng quay trái (nhìn từ bánh đai) Năng suất hút m3/ph 1.8 Vòng quay định mức v/ph 1000 Áp suất tối đa KG/cm2 150 Nhiệt độ khí đầu ra khi nhiệt độ ngoài trời là 20oC oC 40 Hành trình piston mm 55 Nhớt trong cácte lit 15 Tiêu hao nhớt gam/giờ 30 Động cơ điện Công suất KW 9 Điện áp V 380 Tần số Hz 50 Máy nén KP-2 dùng để nén áp suất khí trời lên đến áp suất cao nhất là 150 KG/cm2 và nạp vào bình chứa để: Cung cấp khí nén cho các hệ thống đóng mở van cầu. Cung cấp khí nén cho hệ thống khởi động bằng khí nén của động cơ Diesel và máy bơm trám xi măng, bơm khoan. Dùng cho các công tác khác. Máy nén khí 2BM4-9/101: Là loại máy nén khí lắp trong tổ hợp trạm máy nén khí để gọi dòng sản phẩm. Bảng 1.4. Đặc tính kỹ thuật máy nén khí 2BM4-9/101 Thông số kỹ thuật Đơn vị Máy nén khí Kiểu máy nằm ngang, 4 cấp. xilanh phân bố về hai phía của động cơ. Chất khí công tác Không khí Áp suất nạp Áp suất khí trời Năng suất hút m3/ph 9 Vòng quay định mức v/ph 750 Áp suất tối đa KG/cm2 100 Cấp nén I II III IV Nhiệt độ khí tối đa khi ra khỏi các cấp. oC 180 180 180 180 Áp suất tối đa ra khỏi các cấp KG/cm2 3.2 11 40 100 Đường kính trong xi lanh các cấp mm 420 250 120 70 Hành trình piston mm 150 Nhớt trong cácte lit 15 Tiêu hao nhớt gam/giờ 30 Động cơ điện Công suất KW 144 Điện áp V 380 Tần số Hz 50 Máy nén khí 4BY – 5/9: Được giới thiệu ở phần sau! CHƯƠNG II: LÝ THUYẾT CHUNG VỀ MÁY NÉN KHÍ 2.1. Nhiệt động lực học của máy nén khí Lý thuyết cơ bản của máy nén khí dựa trên cơ sở nhiệt động lực học của khí lý tưởng. Thể tích của khí lý tưởng phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ của nó bởi vì khoảng cách giữa các phân tử khí thay đổi trong khi kích thước của phân tử khí như nhau. Các quá trình nhiệt động lực học của khí lý tưởng xảy ra với các giá trị nhiệt dung riêng đẳng áp CP và nhiệt dung riêng thể tích CV không thay đổi thì chúng tuân theo phương trình trạng thái: P = .R.T (2.1) Trong đó: - P: Áp suất của khí (N/m2). - : Thể tích riêng của khí (m3/kg). = - R: Hằng số khí (J/kg.0K). - T: Nhiệt độ tuyệt đối (0K). Nếu ta sử dụng phương trình (2.1) cho việc tình toán máy nén khí thì cho kết quả sai khi áp suất tăng và nhiệt độ giảm. Nếu ta sử dụng phương trình (2-1) để tính toán cho máy nén khí thì cho kết quả sai khi áp suất tăng và nhiệt độ khí lại giảm. Nếu ta sử dụng phương trình (2-1) cho một lượng khí thực ở nhiệt độ khoảng 290-373 0K, áp suất khoảng 50 KG/cm2 hay 5 Mpa thì cho ta áp suất khí sai khoảng 1%. Máy nén khí có áp suất khí ở cửa xả lên đến 10 Mpa thì kết quả sai khoảng 2% khi ta sử dụng phương trình (2-1). Như vậy, khi máy nén khí có áp suất khí ở cửa xả 10 Mpa thì khi áp dụng phương trình (2-1) cho ta áp suất sai lệch khoảng 1-2% và những sai số này là chấp nhận được trong việc tính toán. Với máy nén khí có áp suất cửa xả lớn hơn 10 Mpa thì ta có công thức tính áp suất khí như sau: P= (2-2) Trong đó: : Hệ số nén của khí (với khí lí tưởng =1). Hệ số nén phụ thuộc vào tỷ số ; . Với : P, T, là áp suất và nhiệt độ của khí (at). Pth Tth là áp suất tới hạn và nhiệt độ tới hạn của khí (0K). * Các phương trình cơ bản: Phương trình cơ bản là sự kết hợp giữa định luật nhiệt động lực học và phương trình trạng thái khí lí tưởng. +/ Quá trình đoạn nhiệt: Là quá trình không có sự trao đổi nhiệt giữa khí và môi trường xung quanh, trong quá trình này nhiệt độ bên trong có thể tăng lên do ma sát giữa các phần tử khí: ; (2.3) Với : k là chỉ số đoạn nhiệt. ( Trong máy nén khí không có quá trình đoạn nhiệt tuyệt đối). +/ Quá trình đẳng nhiệt: Với quá trình đẳng nhiệt T = const. ; (2.4) Hình 2.1. Đồ thị S-T. Quá trình đẳng nhiệt của máy nén khí. +/ Quá trình đẳng Entropi S. Với quá trình đẳng Entropi, S = const. Entropi S không thay đổi khi nhiệt độ bên trong máy nén khí không được giải phóng, vì thế với máy nén khí rõ ràng là không thể xảy ra quá trình đẳng Entropi. Hình 2.2. Đồ thị S-T. Quá trình đẳng Entropi. +/ Quá trình đa biến: Nó là quá trình chung của nhiệt động lực học, nó được đặc trưng bởi số mũ đa biến n. ; (2.5) Trong máy nén khí: n = 1.15 ÷ 1.18 Số mũ đa biến n phụ thuộc vào điều kiện bên trong và bên ngoài máy nén khí. Hình 2.3. Đồ thị S-T. Quá trình đa biến của máy nén khí. Hình 2.3.a biểu thị quá trình đa biến n < k: những máy nén khí làm mát ở nhiệt độ cao. Hình 2.3.a biểu thị quá trình đa biến n > k: những máy nén khí động học. Nhìn vào đồ thị của quá trình đẳng nhiệt và quá trình đẳng Entropi ta không tìm được trong đó quá trình làm việc của máy nén khí, hai quá trình này được sử dụng trong việc đánh giá công suất của có ích của máy nén khí. Ở các đồ thị, trên đường 1-2 là đường thể hiện quá trình nén khí. Với đồ thị S-T của quá trình đa biến, quá trình nén đi kèm với sự thay đổi nhiệt độ của khí tăng lên và sự thay đổi Entropi. Đường 2-3 là đường làm mát đẳng áp của khí nén khi ra khỏi máy nén khí. Sử dụng giá trị Entropi trong quá trình nhiệt cơ bản: (2.6) Trong đó: - dQ : nhiệt lượng biến thiên trong quá trình. - T : nhiệt độ. Với các đường 1-2 và 2-3 ở đồ thị S-T của quá trình đa biến thì ta có: ; (2.7) Theo định luật bảo toàn năng lượng: năng lượng cung cấp cho quá trình nén và xả khí (không kể tổn hao cơ khí) bằng tổng nhiệt năng trong quá trình nén và làm mát đẳng áp. Vì thế, theo đồ thị S-T hình 2.3 thì năng lượng cung cấp để thực hiện quá trình nén khí là tổng diện tích của hai miền 1-2-5-6 và 2-3-4-5. Máy nén khí làm việc theo quá trình đa biến n > k là những máy nén khí có bộ làm mát bằng nước ở mức độ thấp hay làm mát bằng không khí. Diện tích miền 1-2-5-6 nằm dưới đường nén đa biến là lượng nhiệt sinh ra do ma sát giữa các phần tử khí và diện tích miền 2-3-4-5 là công nén. Do đó, tổng công suất tiêu thụ bởi máy nén khí ( trừ công suất yêu cầu bù cho tổn hao cơ khí và rò rỉ) được biểu thị bằng diện tích miền 2-3-4-6. Nếu quá trình nén khí tuân theo đường đẳng Entropi 1-2’ thì tổng công suất tiêu thụ là diện tích miền 1-2’-3-4-5 (nhỏ hơn một lượng là diện tích miền 1-2’-2-6-5). Vì thế, công suất tiêu thụ thêm của máy nén khí khi chuyển từ quá trình đẳng Entropi sang quá trình đa biến n > k là diện tích miền 1-2’-2-6-5 và nhiệt sinh ra do quá trình nén khí là diện tích miền 1-2’-2. Diện tích miền 1-2-6-5 là công suất nhỏ nhất và là công suất quá trình đẳng nhiệt. Hình 2.4. Đồ thị P-V. Biểu diễn quá trình làm việc của máy nén khí. - Đường (1-2): Quá trình nén đa biến n < k. - Đường (1-2’): Quá trình nén đẳng Entropi. - Đường (1-2’’): Quá trình nén đẳng nhiệt. - Đường (1-2’’’): Quá trình nén đoạn nhiệt. Trên đồ thị P-V miền được giới hạn với hai đường đẳng áp P1, P2, đường nén đa biến và trục P là năng lượng tiêu thụ trong suốt quá trình làm việc của máy nén khí khi nén và xả một kg khí. Trong quá trình nén đa biến với n < k ta có: L = - Từ phương trình (2.3) ta có: P.Vn = P1.V1 Þ P = Vậy: L = Û L = (2.8) Phương trình liên hệ giữa áp suất và nhiệt độ trong quá trình nén đa biến: (2.9) Thay phương trình (2.9) vào phương trình (2.8) ta có: L = (2.10) Từ phương trình trạng thái: P1.V1 = R.T1 Gọi: - T2e là nhiệt độ cuối quá trình nén đẳng Entropi (0K). - Le là năng lượng tiêu thụ trong quá trình đẳng Entropi (J/kg)