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 р2/р1 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! |
Мы поможем в написании ваших работ!