Основные показатели работы (параметры) компрессорных машин

6.1.1. Производительность (подача)

Количество газа, подаваемого компрессором в единицу времени, называется производительностью (подачей) компрессора.

Обычно производительность измеряется объемом газа, приведенным к давлению и температуре его во всасывающем патрубке (т.е. практически к атмосферным условиям P _а и T _а). В этом случае она называется объемной производительностью Q _в и измеряется в м³/с, м³/мин, м³/ч.

Иногда подачу компрессора относят к состоянию газа при каких-либо других условиях. Например, при так называемых нормальных условиях: Р ₀=760 мм рт. ст. (0,1013 МПа); Т ₀=273,15 K (0 °C), тогда подача называется производительностью при нормальных условиях (нм³/мин).

Вместо объемной подачи на практике часто используется массовая производительность G _в, кг/с, которая связана с объемной подачей Q _в, м³/с, соотношением: , где r_в, кг/м³, – плотность воздуха на всасывании.

Удельная работа сжатия

Удельная работа сжатия (напор) в компрессоре – это работа, сообщенная 1 кг воздуха при сжатии, l _к, кДж/кг. Процессы сжатия в компрессоре зависят от внешних условий. Различают четыре теоретических процессов сжатия. Отображение процессов сжатия газа от давления P ₁ до давления P ₂ в P, V - и T,s - диаграммах представлено на рис. 6.1.

Рис. 6.1. Диаграммы возможных режимов сжатия газов:

1-2_из – изотермический; 1-2_ад – адиабатный (изоэнтропный); политропные процессы для неохлаждаемых (n > k) – 1- и для интенсивно охлаждаемых (n < k) компрессоров – 1- ; k – показатель адиабаты сжимаемого газа (для воздуха k =1,4)

Так как значение удельной работы сжатия пропорционально площади соответствующей диаграммы, то очевидно: .

Аналитически эти процессы можно записать так:

; (6.1)

= (6.2)

, (6.3)

где: R =0,287 – газовая постоянная для воздуха; k =1,4 – показатель адиабаты для воздуха (постоянная величина); n – показатель политропы сжимаемого газа (переменная величина).

Развиваемое давление

Давление, развиваемое компрессором, это энергия, сообщенная 1 м³ воздуха в процессе сжатия: P, .

Развиваемое давление количественно связано с удельной работой сжатия:

P ₂- P ₁= l _кr, ,

но плотность воздуха в этом выражении следует брать при тех же параметрах воздуха, при которых определялисъ значения объема и массы.

Для характеристики процесса сжатия чаще используется понятие: степень повышения давления – >1.

Термодинамические КПД компрессора

Обычным энергетическим КПД характеризовать работу компрессора нельзя, так как при сжатии нельзя оценивать приращение энергии только энтальпией. КПД изотермического процесса сжатия (самого экономичного) по этой методике будет равен нулю.

Поэтому совершенство процессов сжатия оценивают при помощи относительных термодинамических КПД:

– изотермический КПД;

– изоэнтропный (адиабатный) КПД,

где l_i – удельная внутренняя работа действительного процесса сжатия (без учета механических потерь). Изотермический КПД h_из – применяют для оценки процессов в компрессорах с интенсивным водяным охлаждением. Для такого процесса изотермический процесс является эталонным. Изоэнтропный (адиабатный) КПД h_ад – используют для оценки эффективности процессов сжатия в неохлаждаемых или воздушно-охлаждаемых компрессорах. Для таких компрессоров эталонным является изоэнтропный процесс.

Обычно для поршневых компрессоров в зависимости от интенсивности охлаждения – h_из=0,65-0,85.

Для неохлаждаемых компрессоров: центробежных – h_ад=0,8-0,9; и осевых – h_ад=0,85-0,95.

Эксергетический КПД

Более полно термодинамическую эффективность оценивает эксергетический КПД компрессорной установки:

, (6.4)

где E ₁ – эксергия потока сжатого воздуха на выходе из компрессорной установки, кВт; E _вэр – эксергия теплоты охлаждающей компрессор воды, если она полезно использована на производстве, кВт; E _вх – эксергия подведенной к компрессору энергии (для привода), кВт; – эксергия затрат энергии во вспомогательных элементах КУ (система осушки сжатого воздуха, градирни, циркуляционные насосы и пр.), кВт

Значение полной эксергии сжатого воздуха E ₁, кВт, вычисляется по соотношению

, (6.5)

где G _в – массовая производительность компрессорной установки, кг/с. Удельная эксергия сжатого воздуха e, кДж/кг, определяется из выражения:

, (6.6)

где i, s – энтальпия и энтропия сжатого воздуха, которые определяются по термодинамическим таблицам или диаграммам при параметрах воздуха на выходе из КУ, кДж/(кг×К); i _о.с, s _о.с. – энтальпия и энтропия воздуха (окружающей среды), котрые определяются при давлении и температуре на входе в компрессор, кДж/(кг×К).

Мощность компрессора

При известных термодинамических КПД h_из и h_ад легко вычисляется внутренняя работа компрессора l_i, кДж/кг по известным соотношениям:

или , (6.7)

где значения l _из и l _ад, кДж/кг, определяются по соотношениям (6.1) и (6.3).

Но кроме внутренних потерь в компрессоре есть еще механические потери, которые оцениваются механическим КПД. Для обычных серийных конструкций можно принимать h_м=0,96-0,98, тогда эффективная работа компрессора l _е, кДж/ кг, находится из соотношений:

или . (6.8)

При известной массовой подаче компрессора G _в, кг/с, потребляемая мощность N _e, кВт, составит:

или . (6.9)

Знание этой мощности позволит определить требуемую мощность привода.