Влияние давления и температуры всасываемого воздуха на работу компрессора



В силу различных причин давление всасываемого воздуха может значительно отличаться от давления, близкого к нормальному. Например, если компрессор работает с принудительным или резонансным наддувом, на значительной высоте над уровнем моря, в качестве дожимного на участке горного предприятия на большой глубине.

Исходя из формулы (106), работа компрессора, приходящаяся на 1 м3 (удельная работа), определяется выражением (107)

, Дж/м3

где р1 - давление всасывания, Н/м2; р2 – давление нагнетания, Н/м2 ( ).

 

Анализ этого уравнения показывает, что с уменьшением р1 с одной стороны lк.пол должно уменьшаться, так как уменьшается сомножитель р1, стоящий перед квадратной скобкой. С другой стороны, при увеличении р1 отношение р21 стремится к 1 (считается, что конечное давление р2 остается неизменным), а lк.пол к нулю.

 

Отсюда можно предположить, что существует значение р1 (и соответственно ε), при котором lк.пол будет иметь экстремальное (максимальное) значение.

Значит, при увеличении относительного повышения давления можно иметь как увеличение, так и уменьшение потребляемой мощности. В двухступенчатых компрессорах, применяемых в промышленности, обычно относительное повышение давления в ступенях таково, что увеличение давления всасывания приводит к увеличению потребляемой мощности, несмотря на уменьшение общей степени сжатия ε.

Определим влияние температуры всасываемого воздуха на работу идеального компрессора.

Если преобразовать формулу удельной работы идеального компрессора для 1 кг воздуха, увидим, что она прямо пропорциональна отношению абсолютных температур.

Так как значение температуры всасывания близко в большинстве случаев к Твс=300 К, то из уравнения работы цикла можно сделать вывод, что при увеличении температуры всасываемого газа на 1º, работа, затраченная на сжатие 1 кг воздуха, возрастает приблизительно на 1/3%. Другими словами, увеличение температуры всасываемого газа на 3º приводит к увеличению затрачиваемой на сжатие и перемещение 1 кг воздуха работы приблизительно на 1%.

В первом приближении этот вывод, полученный для идеального компрессора, можно применить к действительному компрессору.

 


Количество отводимого тепла

Все рассмотренные нами циклы идеального компрессора отличались друг от друга показателями политропы сжатия. Соответственно, в случае различных процессов сжатия количества тепла, отводимые от него, различны.

В идеальном компрессоре отвод тепла осуществляется только во время процесса сжатия.

По первому закону термодинамики количество тепла q, отводимого в процессе сжатия для изотермического процесса

 

, Дж/кг.                                 (118)

 

Следовательно, в идеальном изотермическом цикле необходимо отвести количество тепла, эквивалентное всей работе, затраченной в цикле.

 

При адиабатическом процессе сжатия количество отведенного тепла

 

                                (119)

 

В политропном цикле при показателе политропы n удельное количество тепла, отводимого в процессе сжатия, определяется по формуле

 , Дж/кг ,            (120)

где cv – удельная теплоемкость воздуха при постоянном объеме, равная 724,3 Дж/(кг·град);

n - показатель политропы сжатия;

k - показатель адиабаты, равный 1,4.

 

С увеличением отводимого тепла уменьшается показатель n и затрачиваемая в цикле работа .

 

КПД цикла

Эффективность компрессора невозможно оценить с помощью обычного энергетического КПД, который представляет собой отношение энергии, которую получил газ, к энергии, затраченной на проведение цикла:

 

КПД цикла

 

                                        ( 11.20)

 

где q - тепло, теряемое газом при охлаждении.

 

Для изотермического (Т2 = Т1) процесса сжатия газа получается, что = 0. Однако мы знаем, что этот цикл требует наименьших затрат энергии.

 

Таким образом, оценивать совершенство компрессорных машин с помощью энергетического КПД некорректно. Такая оценка выполняется с помощью относительных термодинамических КПД:

 

Изотермический КПД:

 

                                              ( 11.21 )

 

где l - удельная работа реального цикла.

 

Для одной ступени компрессора при интенсивном его охлаждении можно написать:

 

        ( 11.22 )

 

Адиабатного КПД :

 

( 11.23 )

 

Отличают также изотермический индикаторный КПД :

 

( 11.24 )

 

где Nиз , Ni - мощность соответственно в изотермическом цикле и реальная индикаторная мощность.

 

По величине индикаторного КПД судят об индикаторных потерях в компрессорах, которые вызвано несовершенством процессов сжатия (и расширения), потерями давления и негерметичностью, возможным нагреванием газа от стенок цилиндра и поршня в ходе процесса, неполным охлаждением газа.

 

В ряде случаев также используется адиабатный индикаторный КПД:

 

( 11.25 )

 

Механический КПД :

 

( 11.26 )

 

где Nв.к. - Мощность, подведенная на вал компрессора.

 

Механический КПД учитывает затраты энергии:

 

- На преодоление сопротивления в механизме движения, трения в сальниках и цилиндрах, приводе агрегатов смазки - эти расходы могут составлять 5-8 % подводимой мощности .

- По причине подогрева газа на входе, различных перетоков через неплотности в поршневой группе и сальниках – до 7-9 %;

- На преодоление гидравлических потерь в клапанах, арматуре, газовом тракте – до 5-12 % ;

- Вследствие неполного охлаждения газа в холодильниках – до 3-5 %

 

- Вследствие отклонения процесса в цилиндрах от изотермического – до 10 %.

 

Как следствие, полезная мощность изотермического сжатия составляет 60-75 % от мощности, подведенной на вал компрессора.


Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 4734; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!