Оценка эффективности работы компрессоров

Степень необратимости процессов сжатия в компрессорах (охлаждаемых и неохлаждаемых) оценивается эксергетическим КПД

.

(8.17)

Для неохлаждаемых компрессоров (q_отв = 0) эта формула принимает вид

.

(8.18)

Формула (8.18) справедлива и для охлаждаемых компрессоров в том случае, если полезно не используется отводимая теплота.

Если параметры газа на входе в компрессор не отличаются от параметров окружающей среды, то ex_вх = 0, и предыдущее выражение упрощается:

,	(8.19)
где .

При обратимых процессах сжатия h_экс = 1.

Для сравнительной оценки работы компрессоров применяют изотермический и адиабатный КПД.

Изотермический КПД вычисляется по формуле

(8.20)

и применяется для охлаждаемых компрессоров. Он сравнивает работу компрессора с работой изотермического сжатия. Для поршневых компрессоров h_из= 0,6-0,7.

Адиабатный КПД определяется следующим образом:

.

(8.21)

Он применяется для неохлаждаемых компрессоров и сравнивает работу компрессора с работой обратимого адиабатного сжатия.

На рис. 8.7 представлены процессы обратимого адиабатного сжатия
(1-2) и необратимого адиабатного сжатия (1-2д).

Работа обратимого адиабатного сжатия

,

работа действительного процесса сжатия (внутренняя работа)

.

Адиабатный КПД компрессора называют внутренним относительным КПД компрессора и обозначают

.

(8.22)

Для центробежных компрессоров , для осевых - .

Методические указания

Несмотря на разнообразие типов компрессоров, процессы, осуществляемые в них, тождественны, и все формулы, а также соотношения, приведенные в настоящем разделе, справедливы для всех типов компрессоров.

При изучении данной темы необходимо:

* уяснить, что затрачиваемая работа на сжатие зависит от характера процесса сжатия;

* понимать преимущества многоступенчатого сжатия и уметь выполнять все требуемые расчеты;

* знать способы оценки эффективности работы компрессоров.

Задачи

1. Компрессор сжимает 100 м³/час воздуха с температурой t₁ = 27 ⁰С от давления p₁ = 0,098 МПа до p₂ = 0,8 МПа.

Определить мощность, необходимую для привода идеального (без потерь) компрессора, считая сжатие: а) изотермическим; б) адиабатным; в) политропным с показателем n = 1,2.

2. Трехступенчатый компрессор производительностью 500 м³/час сжимает азот с параметрами p₁ = 0,86 бар, t₁= 27 ⁰С до давления p₂ = 55 бар по адиабате. Охлаждение азота в промежуточных охладителях производится до первоначальной температуры t₁= 27 ⁰С. Степени повышения давления в ступенях одинаковы.

Определить мощность привода компрессора (N_k, кВт) и теплоту, отводимую в промежуточных охладителях (Q, кВт). Теплоемкость принять постоянной согласно молекулярно-кинетической теории газов.

3. Компрессор производительностью V = 10 м³/мин сжимает воздух с параметрами p₁ = 0,98 бар, t₁ = 30 ⁰С до давления p₂ = 3,5 бар. Адиабатный КПД компрессора h_ад = 0,71, механический КПД, учитывающий потери на трение, h_м = 0,88.

Определить мощность привода компрессора. Определить эксергетический КПД компрессора, приняв параметры окружающей среды p_oс = p₁, t_oc = t₁. Теплоемкость принять постоянной согласно молекулярно-кинетической теории газов.

Решение

Массовая производительность компрессора равна

.

Температура сжатого воздуха в обратном адиабатном процессе (рис. 8.7)

.

Изобарная теплоемкость воздуха

.

Работа обратимого адиабатного сжатия

.

Работа действительного процесса сжатия (внутренняя работа)

.

Температура сжатого воздуха на выходе из компрессора

Затрачиваемая работа с учетом механических потерь

.

Мощность привода компрессора

.

Эксергетический КПД компрессора

Ответ: N_k =40 кВТ, h_ЭКС = 0,715.

Ответы

1. N_из = 5,72 кВт, N_ад = 7,84 кВт, N_пол = 6,85 кВт.

2. N_k = 60,9 кВт, Q = 39,1 кВт.

9. ЦИКЛЫ ГАЗОТУРБИННЫХ
И ПАРОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК