14.5. Выбор числа ступеней.
14.5.1. Выбор минимального числа ступеней. Минимальное число ступеней устанавливается из условия взрывопожаробезопасности компрессора и соответствует минимально возможному количеству ступеней компрессора с промежуточным охлаждением, при котором возможна его эксплуатация без опасности воспламенения продуктов трансформации масла в цилиндре.
Для определения zmin следует воспользоваться формулой для нахождения Пmax из раздела 14.3 а также выражением (14.3) для определения Пi . В результате подстановки в (14.3) Пmax вместо Пi, последующего логарифмирования и преобразования выражения после логарифмирования получим
.
Полученное значение следует округлить до целого значения в сторону увеличения.
Минимально возможное число ступеней позволяет безопасно эксплуатировать компрессор, но не гарантирует его наибольшей экономичности при эксплуатации. Из теории компрессорных машин известно, что использование многоступенчатого сжатия с промежуточным охлаждением теоретически делает компрессор тем экономичнее, чем больше число ступеней сжатия. В этом случае цикл многоступенчатого компрессора максимально приближается к изотермическому, происходит рост изотермического индикаторного КПД ηиз. Практически же применение каждой последующей ступени сжатия приносит не только термодинамическое преимущество, но и ряд отрицательных последствий. В частности, растут межступенчатые потери давления, увеличивается сложность машины, её стоимость, снижается надёжность.
14.5.2. 14.3.2. Выбор оптимального числа ступеней zopt. На рис. 14.1 представлены зависимости реальные ηиз для компрессоров с различными числами ступеней сжатия в зависимости от конечного давления нагнетания. Они учитывают изменение этого КПД не только от числа ступеней и промежуточного охлаждения, но и от влияния дополнительных потерь давления между ступенями. Из рисунка видно, что для каждого числа ступеней имеет место максимум ηиз, наступающий при определённом давлении нагнетания. До этого давления число ступеней является меньшим, чем желательно, а после него это число превышает возможный оптимум по достижению максимума ηиз. Таким образом, для любого назначенного конечного давления компрессора можно установить величину ηиз при выбранном числе ступеней. Рассматриваемый график иногда позволяет выбрать оптимальное число ступеней сразу, а в большинстве случаев выбор оптимального числа ступеней потребует дополнительных технико-экономических расчётов.
Очевидно, что zopt должно быть больше или равным минимальному числу ступеней. С учётом этого обстоятельства выбор zopt на основании зависимости 14.1 при известном конечном давлении возможен просто и однозначно, когда для минимально возможного числа ступеней при этом давлении обеспечивается равный или более высокий КПД, чем для большего числа ступеней. В частности, если расчётная точка попадает в положение А (см. рис. 14.1), то достаточно очевидно, что из двух возможных вариантов (в этой точке пересекаются линии z = 2 и z = 3), которые дают одинаковый ηиз, безусловно, выгоднее компрессор с меньшим числом ступеней как более простой, надёжный и дешёвый при равной экономичности обоих вариантов. Можно также отметить, что компрессор с z = 4 при данном давлении нагнетания будет иметь более низкий ηиз и будет явно хуже двух предыдущих вариантов.
Если же положение точки на графике будет иным, в частности, будет соответствовать точке Б, то здесь выбор 3-х ступенчатого компрессора вместо 2-хступенчатого совершенно не однозначен, несмотря на более высокое значение ηиз для 3-х ступенчатого. Например, если компрессор предназначен для использования как аварийный пусковой, и большую часть своего времени не работает, то его преимущество в экономичности не будет решающим при его повышенно стоимости: в данном случае экономичность компрессора не является решающим преимуществом.
Вообще говоря, во всех случаях выбора оптимального числа ступеней следует установить количество часов работы компрессора за контрольный период и оценить сумму затрат на приобретение и эксплуатацию этого компрессора за указанный период. Очевидно, что следует выбрать тот вариант, для которого эта сумма будет наименьшей. При этом следует оценивать габариты, надёжность, массу компрессора и ряд других показателей, важных для потребителя, по совокупности всех этих показателей и следует делать окончательный выбор. Кроме всего сказанного, следует обращать внимание на анализ использования уже применяемых компрессорных машин в ситуациях, сходных с условиями проектирования – принимать во внимание результаты эксплуатации возможных прототипов, и на этом основании также ориентироваться на выбор того или иного числа ступеней для проектируемого компрессора.
Рис. 14.1 Зависимость ηиз от конечного давления для различных чисел ступеней
Конец лекции
