Реальный процесс сжатия. Относительный внутренний КПД компрессора

Вопрос о коэффициенте, характеризующем совершенство про­цесса сжатия, имеет большое значение как при проектировании, так и при эксплуатации компрессорных машин. Для анализа необратимых потерь в процессе сжатия используют понятие от­носительного к. п. д. Относительный к. п. д. —это отношение ра­боты в обратимом процессе сжатия к работе, затраченной в действительном процессе сжатия, без учета механических потерь в компрессорной машине. Для оценки потерь в поршневых и роторных компрессорных машинах с интенсивным охлаждением используют понятие изотермического относительного к. п. д., равного отношению работы сжатия в обратимом изотермиче­ском процессе к работе, затрачиваемой в действительном про­цессе сжатия (исключая механические потери), η из = w из1-2/w1-2 (9.13)

Для компрессорных машин с неинтенсивным охлаждением используют понятие относительного адиабатного к. п. д., рав­ного отношению работы сжатия в обратимом адиабатном про­цессе к работе, затрачиваемой в действительном процессе сжа­тия (исключая механические потери), η ад = w ад1-2/w1-2 (9.14)

Наиболее универсальным является внутренний относитель­ный к. п. д., учитывающий все внутренние потери компрессор­ной машины, кроме потерь механических и потерь, связанных с утечками газа через уплотнения.

Внутренний относительный к. п. д. для процесса —это отно­шение работы в обратимом процессе сжатия к действительной эффективной работе сжатия во внешнеадиабатном процессе η оi = w ад1-2/w*1-2 = 1/(1+ζ_w) (9.15), где w*1-2 — потенциальная работа сжатия во внешнеадиабат­ном процессе; ζ_w — коэффициент необратимых превращений ра­боты в теплоту.

Процессы сжатия газа в нагнетателях и неохлаждаёмых компрессорах необходимо рассматривать как процессы внешнеадиабатные. Это значит, что внешний теплообмен через корпус компрессора отсутствует. Однако имеются необратимые поте­ри работы, вызванные трением газа в процессе сжатия, (9.16)

Формула (9.16) получена путем замены в формуле (9.11) показателя политропы п показателем внешнеадиабатного про­цесса k*.

Если при определении к. п. д. компрессорных машин прене­бречь изменением скорости газа в процессе его сжатия и по­терями теплоты через корпус компрессора, то получим формулу для политропного к.п.д. компрессора (нагнетателя). Политропный к. п. д., η пол представляет собой внутренний относительный к. п. д. процесса сжатия при бесконечно малом изменении скорости газа.

Для^: внешнеадиабатного процесса, рассматривая газ как иде­альный, формулу (9.15) можно привести к виду

η оi = η пол = 1/(1+ ζ_w) = [к*/(к*-1)]•[(к-1)/к]. Далее, учитывая, что (p₂/p1)^n-1/n = Т2/Т1 и и n=k*, получим (9.18)

Политропный к. п. д. (9.18) обладает той особенностью, что позволяет оценить совершенство нагнетателей и компрессоров без определения объемной или мас­совой подачи газа, используя только параметры р1, р2, Т1, Т2, измеренные в процессе сжатия, и значение показателя адиабаты данного газа в интервале указанных параметров.

Рис. 9.5. Обратимый адиабатный и действительный процессы сжа­тия в Т —s координатах

На рис. 9.5 изображены действительный (линия 1 — 2) и об­ратимый адиабатный (линия 1 —2ад) процессы при n>k. Тем­пература в конце действительного процесса сжатия (точка 2) выше, чем температура в конце адиабатного сжатия (точ­ка 2ад). Расчет процессов сжатия реальных газов с необходимой точ­ностью может быть осуществлен двумя основными методами: по термодинамическим диаграммам состояния газа, например в h — s координатах; по аналитическим зависимостям, в которых используется уравнение состояния реального газа.

Основные соотношения для расчета компрессорных машин справедливы как для расчета идеальных, так и реальных газов, однако при расчетах реальных газов необходимо учитывать их свойства, в частности фактор сжимаемости газа z. С учетом фактора сжимаемости расчетные уравнения для работы, затра­чиваемой в компрессоре, [уравнения (9.8), (9.10), (9.11)], при­водятся к виду:

Точность вычислений по уравнениям (9.19) — (9.21) зависит в значительной мере от точности вычислений фактора сжимае­мости, показателя адиабаты и показателя политропы. Фактор сжимаемости z может быть определен по диаграммам состоя­ния или соответствующим термодинамическим таблицам.

Поиск по сайту: