Раздел 6 – Протокол испытаний

 

6.1 СОДЕРЖАНИЕ Протокол испытаний должен содержать блоки информации, перечисленные в пункте 6.2, кроме того, при необходимости в нем могут быть представлены другие данные. В него также должны быть включены копии оригинального журнала учета результатов испытаний; сертификатов поверки средств измерений; при необходимости, данные о КПД первичного источника энергии (двигатель или другой тип); описание конфигурации испытательной установки и средств измерений, и любые специальные соглашения в письменной форме, которые имеют отношение к самим испытаниям или расчету результатов. В тех случаях, когда испытания производятся для диапазона эксплуатационных условий, результат также должен быть представлен в виде кривых. Кривые должны быть четко идентифицированы для четкого разграничения использования статических или полных условий.     6.2 ТИПОВОЕ СОДЕРЖАНИЕ ПРОТОКОЛА 6.2.1 Общая информация (a) Дата проведения испытаний (b) Место проведения испытаний (c) Изготовитель (d) Серийные номера и полные обозначения Изготовителя (e) Сторона или стороны, осуществляющие проведение испытаний (f) Представители заинтересованных сторон (g) Детализированное письменное описание испытаний (h) Соглашение для идентификации Сторон, участвующих в проведении испытаний 6.2.2 Описание объекта испытаний (a) Тип компрессора; с радиальным потоком (центробежный), с осевым потоком (осевой), и т.д. (1) Тип рабочих колес; открытые, закрытые, литые, сварные, и т.д. (2) Количество ступеней (3) Расположение корпуса и трубопроводов обвязки (4) Размерные характеристики трубопроводов; на входе и на выходе (5) Расположение промежуточных охладителей, при наличии (6) Диаметр рабочего колеса и параметры ширины кромки лопатки (b) Описание смазочной системы и смазочного материала (c) Тип уплотнений на валу (d) Тип и расположение приводного механизма; на одном валу с турбиной, на одном валу с двигателем, двигатель и зубчатая передача, и т.д.

(e) Описание системы охлаждения компрессора и свойств охлаждающего вещества   6.2.3 Заданные эксплуатационные условия (a) Состав газа и его источник для определения характеристик (b) Параметры газа на входе (1) Полное и статическое давление^1 (2) Полная и статическая температура^1 (3) Полная и статическая плотность^1 (4) Относительная влажность, в случае необходимости^1 (c) Расход газа (1) Массовый расход на входе и на выходе (2) Объемный расход на входе и на выходе (3) Производительность (d) Статическое и/или полное давление на выходе (e) Для компрессоров с охлаждением: тип, свойства, расход и температура охлаждающего вещества (f) Скорость потока (g) Прочие параметры при необходимости   6.2.4 Предполагаемые рабочие характеристики при заданных эксплуатационных условиях (a) Развиваемый напор (b) КПД (c) Потребляемая мощность (d) Полная температура на выходе (e) Прочие параметры при необходимости 6.2.5 Производные параметры при заданных эксплуатационных условиях (a) Число Маха агрегата (b) Степень повышения давления (c) Коэффициент сжатия (d) Коэффициент расхода (e) Число Рейнольдса агрегата (f) Прочие параметры при необходимости 6.2.6 Настройки средств измерения, Методы выполнения измерений (a) Описание всех допустимых отклонений от настоящей Методики, которые были утверждены путем подписания соответствующего соглашения (b) Расположение трубопроводов с эскизами и диаграммами (c) Расположение всех точек замеров с эскизами и диаграммами     ^1 Параметры давления, температуры и плотности должны быть однозначно определены как статические или полные условия.

 

(d) Метод измерения величин расходов (e) Контрольно-измерительные приборы, используемые для замеров давления, температуры, скорости потока, состава газа, а также плотности и мощности (f) Процедуры и аппаратура, используемые для калибровки контрольно-измерительных приборов (g) Калибровочные данные (h) Точность измерительных приборов (i) Источник данных о характеристиках испытательного газа (j) Метод вычисления потерь мощности, если таковой имеется, между точкой замера мощности и входным валом компрессора (k) Описание метода отбора проб и анализа испытательного газа   6.2.7 Средние значения параметров, полученные из результатов испытаний (Все калибровочные настройки и поправки на ошибки измерительных приборов должны быть применены заранее) (a) Номер испытательного цикла (b) Продолжительность испытательного цикла (c) Величина оборотов (d) Температура на входе (e) Показания барометра (f) Температура окружающей среды по барометру (g) Статическое давление на входе (h) Температура по сухому термометру, при наличии соответствующего требования (i) Температура по смоченному термометру, при наличии соответствующего требования (j) Температура точки росы, при наличии соответствующего требования (k) Плотность газа, если данный замер выполняется (I) Состав газа, если данный замер выполняется (m) Статическое давление на выходе (n) Температура на выходе (0) Данные с расходомера, обычно: (1) Перепад давления на расходомере (2) Давление выше по потоку расходомера (3) Температура выше по потоку расходомера (4) Диаметр критического (проходного) сечения расходомера [Пункты с (P) по (W) применимы к компрессорам с охлаждением:] (p) Расход охлаждающего вещества (q) Температура охлаждающего вещества на входе (r) Температура охлаждающего вещества на выходе (s) Температура газового потока в месте подачи охлаждающего вещества (t) Температура газового потока в месте отвода охлаждающего вещества (u) Давление газового потока в месте подачи охлаждающего вещества (v) Давление газового потока в месте отвода охлаждающего вещества (w) Объем конденсата, дренированного из охладителя (x) Входная мощность (y) Крутящий момент (z) Расход смазочного материала (aa) Температура смазочного материала на входе (bb) Температура смазочного материала на выходе (cc) Средняя температура поверхности корпуса (dd) Температура окружающей среды

(ee) Площадь корпуса (ff) Расход через течи 6.2.8 Результаты вычислений для условий проведения испытаний (a) Тип испытания (b) Номер испытательного цикла (c) Барометрическое давление (d) Состав газа (e) Массовый расход (f) Статические условия на входе (1) Давление (2) Температура^2 (3) Коэффициент сжимаемости (4) Плотность^2 (5) Энтальпия (6) Прочие параметры при необходимости (g) Объемный расход на входе (h) Inlet velocity temperature (Температурный градиент скорости на входе?)^2 (i) Скоростное давление на входе (j) Полные условия на входе (1) Давление (2) Temperature (3) Коэффициент сжимаемости (4) Плотность (5) Энтальпия (6) Прочие параметры при необходимости (k) Производительность (I) Статические условия на выходе (1) Давление (2) Температура^2 (3) Коэффициент сжимаемости (4) Плотность^2 (5) Энтальпия (6) Прочие параметры при необходимости (m) Объемный расход на выходе (n) Discharge velocity temperature (Температурный градиент скорости на выходе?)^2 (o) Скоростное давление на выходе (p) Полные условия на выходе (1) Давление (2) Температура (3) Коэффициент сжимаемости (4) Плотность (5) Энтальпия (6) Прочие параметры при необходимости (q) Течи (1) Массовый расход через течи (2) Энтальпия (3) Потери или приращение энергии (r) Параллельные потоки (1) Массовый расход ^2 Может потребоваться решение методом последовательных приближений.

 

(2) Энтальпия (3) Усредненные характеристики газовой смеси (4) Потери или приращение энергии (S) Массовый расход через ротор (t) Механические потери (u) Потери при теплопередаче (v) Мощность газового потока (W) Мощность на валу (x) Напор 6.2.9 Расчетные характеристики при проведении испытаний (a) Полные изоэнтропические условия на выходе (1) Температура (2) Плотность (3) Энтальпия (b) Коэффициент политропической работы (1) Общий показатель адиабаты (2) Политропический коэффициент затраченной работы (3) Показатель политропы (4) Политропическая работа (5) Окружная скорость по концевой кромке лопаток рабочего колеса (6) Коэффициент политропической работы (c) Коэффициент изоэнтропической работы (1) Показатель изоэнтропы (2) Изоэнтропическая работа (3) Коэффициент изоэнтропической работы (d) Политропический КПД (e) Изоэнтропический КПД (f) Коэффициент затраченной работы (g) Интегральный коэффициент затраченной работы (1) Потери или приращение энергии через течи (2) Потери или приращение энергии через параллельные потоки (3) Потери или приращение энергии посредством теплопередачи через корпус (4) Механические потери (h) Коэффициент расхода (i) Объемное отношение (j) Число Маха агрегата (k) Отношение удельных теплоемкостей, на входе и на выходе

(i) Степень повышения давления 6.2.10 Поправка на число Рейнольдса агрегата   (a) Число Рейнольдса агрегата при условиях проведения испытаний (b) Число Рейнольдса агрегата при заданных эксплуатационных условиях (c) Попаравка на число Рейнольдса агрегата (d) Политропический КПД при заданных эксплуатационных условиях (e) Коэффициент политропической работы при заданных условиях эксплуатации   6.2.11 Результаты расчетов для заданных эксплуатационных условий (При заданных значениях скорости потока, а также характеристик газа на входе) (a) Расход (1) Производительность (2) Массовый расход на входе и/или на выходе (3) Объемный расход на входе и/или на выходе (4) Расход через течи (5) Конденсация охлаждающего вещества (6) Расход через параллельные потоки (7) Прочие параметры при необходимости (b) Условия на выходе (1) Статическое и полное давление (2) Статическая и полная температура на выходе (3) Коэффициент сжимаемости (4) Статическая и полная плотность (5) Прочие параметры при необходимости (c) Термины, связанные с понятием работы (1) Политропический напор (2) Рост энтальпии (3) Мощность газового потока (4) Мощность на валу (5) Прочие параметры при необходимости 6.2.12 Анализ неопределенностей 6.2.13 Рекомендуемая сводная таблица результатов, сравнение процедур испытаний, результатов замеров после проведения испытаний, и прогнозных значений

 

Приложение А

Использование полного давления и полной температуры для определения рабочих характеристик компрессора

 

(Данное приложение не является частью документа ASME PTC 10-1997.)

 

A.1Эксплуатационные характеристики компрессора, которые зависят от термодинамических характеристик, в своем определении, в соответствии с положениями настоящей Методики, основаны на условиях полностью заторможенного потока (условиях потока в критической точке) или т.н. полных условиях. Данный подход может вызвать недоумение, в ситуации, когда рассматриваемые принципы не хранятся в памяти. Характеристики компрессора могут быть заданы, по усмотрению, или в величинах давления и температуры при статических условиях потока или величинах давления и температуры при условиях полного торможения потока, и пояснение, приведенное ниже, служит для того, чтобы читатель понимал отличие между двумя указанными способами. A.2Когда первый закон термодинамики, записанный в виде общего уравнения энергии, применяется к каскаду компрессора, причем границы системы задаются геометрией внутренней стенки корпуса а также поперечными плоскостями, проходящими через входной и выходной фланцы, в условиях отсутствия течей и параллельных потоков, выражение, приведенное ниже принимает вид:     Подстрочные индексы “α” и “ γ” сигнализируют о том, что расчет выполняется при статических на входе и на выходе соответственно. Входной и выходной фланцы могут считаться имеющими одинаковую геометрию, что позволяет заключить, что величины гидростатических напоров yα. и yγ, станут равными. Решение уравнения [A-1] для Wsh в результате приводит к     В данном выражении участвуют параметры энтальпии в статических условиях, которые были заданы через параметры давления и температуры в статических условиях.   A.3В случае применения методологии, базирующейся на параметрах потока в состоянии полного торможения, уравнение [A-2]преобразуется в

Подстрочные индексы i и d относятся к условиям полностью заторможенного потока на входе и на выходе соответственно, которые устанавливается величинами давления и температуры в условиях полностью заторможенного потока. В ходе процесса торможения     Различие между статическими условиями и условиями полного торможения потока графически продемонстрировано на Диаграмме Молье, Рис. A.1. A.4Как видно из Рис. A.1, процесс сжатия проходит между состояниями α и γ. Некоторые расчеты в части процесса внутреннего сжатия могут потребовать использования параметров статических условий, которые являются промежуточными между α и γ. Тем не менее, как показано уравнениями с [A-1] по [A-5], применение параметров полного торможения потока при расчетах внешнего энергетического баланса является отличным способом получения приближенных значений поскольку: (a) "Взыскание" (Прим. перев.: используется экономический термин, по смыслу контекста имеется в виду “получение части от уже имеющегося”, в настоящем контексте является противопоставлением “кредитованию”) с компрессора посредством приема газа при значении энтальпии для условий полного торможения hi (при значении давления для условий полного торможения потока pi) эквивалентно взысканию посредством приема газа при значении энтальпии для статических условий hα (при значении давления для статических условий pα) с прибавлением величины кинетической энергии

РИСУНОК A.1 ТОЧКИ ПАРАМЕТРОВ КОМПРЕССОРА ДЛЯ СТАТИЧЕСКИХ И ПОЛНЫХ УСЛОВИЙ

и, (b) “Кредитование” (Прим. перев.: используется экономический термин, по смыслу контекста имеется в виду “предоставление в пользование того, чего не было в наличии”, в настоящем контексте является противопоставлением “взысканию”) компрессора за счет подачи газа при значении энтальпии для условий полного торможения hd (при значении давления для условий полного торможения потока pd) эквивалентно кредитованию посредством подачи газа при значении энтальпии для статических условий hγ (при значении давления для статических условий pγ) с прибавлением величины кинетической энергии       A.5Предшествующий анализ может быть применим только в силу того, что границы системы были точно определены, таким образом, чтобы заранее исключить необходимость учета каких-либо факторов,

термодинамических или наоборот, возникающих в границах собственно компрессора. В том случае, если одной из целей стоит исследование внутренних процессов в компрессоре, будет необходимым задать новую систему и соответствующие условия. Изучение внутренних процессов не входит в содержание настоящей Методики.   A.6 Другим направлением использования параметров давления и температуры при условиях полного торможения потока с точки зрения настоящей Методики является вычисление производительности. Производительность – это объемный расход, относящийся к условиям на входе. В настоящем документе производительность определяется как массовый расход нагнетаемого газа, деленный на полную плотность на входе при параметрах давления и температуры, соответствующих полным условиям. Такой подход удобен, поскольку он позволяет дать четкое определение объемного расхода, которое логически согласуется с массовым расходом без отсылок к конструкции компрессора.

Приложение В

Свойства газовых смесей

 

(Данное приложение не является частью документа ASME PTC 10-1997.)

 

B.1Проведение испытаний современных компрессоров может потребовать задействования газовой смеси в качестве испытательного “газа”, либо на основании того, что заданный газ, в свою очередь, является смесью, либо в силу наличия необходимости, по той или иной причине, заменить заданный газ в ходе программы испытаний, и использование смеси является единственным приемлемым методом получения необходимых свойств в условиях газа-заместителя. Использование газовой смеси, в сущности, представляет собой проблему, состоящую из двух частей. В том случае, если свойства газовой смеси таковы, что позволяют рассматривать ее в качестве смеси идеальных газов, в целях определения свойств каждого из составляющих газов допускается использование стандартных методов классической термодинамики. Однако если характеристики смеси таковы, что сама газовая смесь и компоненты отклоняются от уравнения состояния идеального газа, в целях количественного определения величины отклонения должны использоваться другие методы. Тем не менее, в обоих случаях необходимо располагать точными термодинамическими данными по тем газам, которые будут доступны. В случае наличия точных термодинамических характеристик газа, вне зависимости от того основываются ли они на экспериментальных данных или на объективных методах математического или физического анализа, при выборе массива данных с термодинамическими характеристиками для дальнейшего использования, приоритет должен быть у тех данных, которые были получены экспериментальным путем. В части данной Методики, проблема заключается в определении параметров плотности, энтальпии, удельной теплоемкости и энтропии газов-составляющих смеси при соответствующих параметрах давления и температуры. B.2В тех случаях, когда термодинамические свойства таковы, что сама газовая смесь, а также ее составляющие должны рассматриваться как реальные газы, метод определения термодинамических характеристик компонентов смеси, а следовательно получения исчерпывающей информации об их свойствах, должен быть согласован в письменном виде до начала испытаний. После того, как свойства газа определены, предположительно из значений параметров давления и температуры, остальные целевые свойства могут быть получены из графиков, таблиц или уравнений состояния. B.3Для идеальных газов, молярная концентрация xj любого компонента j, может использоваться в целях определения парциального давления указанного компонента с помощью формулы [B-1] ниже

Молярный (объемный) анализ является частью массива данных, получаемых в ходе проведения испытаний, он позволяет без труда получить данные по молярной концентрации. В составе однородной (гомогенной) смеси, все газы-компоненты будут иметь ту же температуру, что и сама смесь, что, в свою очередь, позволит получить вторую из двух независимых характеристик, необходимых для определения свойств газа. (Не распространяется на насыщенный пар). После того, как свойства каждого из компонентов определены таким способом, можно осуществлять определение независимой целевой характеристики и выполнять корректный расчет смеси эквимолярных компонентов на основании метода, который приведен ниже. B.4После того, как определено значение характеристики для каждого из газов, можно осуществлять расчет соответствующей характеристики для газовой смеси путем суммирования величин отдельных характеристик нарастающим итогом, т.е. количество газа умножается на значение индивидуальной характеристики. Блок уравнений приведен ниже.   Энтальпия:     Энтропия:

 

Удельные теплоемкости:     В предшествующем блоке уравнений, [B-2], [B-5], и [B-8] основываются на параметре массы; [B-3], [B-6], и [B-9] основываются параметре количества вещества (моль), а [B-4], [B-7], и [B-10] на параметре молярной концентрации. Необходимо принять во внимание, что расчетное определение конечной точки изоэнтропического процесса, начинающееся с параметров на входе и заканчивающееся давлением на выходе и величиной энтропии соответствующей входным параметрам, вероятно, потребует использования метода подбора.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ C

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ

(Данное приложение не является частью документа ASME PTC 10-1997.)

 

Примеры расчетов, которые содержатся в настоящем Приложении, представляют собой базовые принципы выполнения расчетов настоящей Методики. Каждый из примеров выделяет один или более аспектов применения необходимых процедур (расчетов) настоящей Методики к реальным агрегатам. Представленные данные являются типовыми и не относятся к какому-либо существующему и действующему механизму. Кроме того, указанные данные в чистом виде не следует использовать в соответствии с ожиданиями при осуществлении реальных испытаний.

Пример C.1 демонстрирует процесс расчетов при проведении Испытаний первого типа центробежного компрессора с использованием идеального газа. Пример охватывает пересчет данных статических замеров к полным условиям, а также расчет результатов с помощью метода теплового баланса и метода мощности на валу.

Пример C.2 демонстрирует процесс расчетов при проведении Испытаний второго типа центробежного компрессора с использованием идеального газа. Пример охватывает применение поправок на число Рейнольдса, а также влияние потерь тепла в окружающую среду и регулируемой частоты вращения.

Пример C.3 демонстрирует применения идеального газа при выборе испытательного газа и частоты оборотов при проведении испытаний, а также охватывает методы оценки мощности.

Пример C.4 демонстрирует анализ точек замера при испытаниях и окрестности точек

Пример C.5 демонстрирует процесс выбора испытательного газа для Испытаний второго типа с использованием уравнений идеального и реального газов. Представлена блок-схема процедуры для того, чтобы облегчить понимание структуры этапов расчета.

Пример C.6 демонстрирует процесс для Испытаний второго типа с использованием уравнений реального газа для предварительной обработки данных.

Пример C.7 демонстрирует анализ двухкаскадного компрессора с промежуточным охладителем с внешней обвязкой трубопроводами.

Пример C.8 демонстрирует применение анализа неопределенностей настоящей Методики.

 

 

 

ПРИМЕР РАСЧЕТА C.1