дисциплина «Судовое вспомогательное энергетическое

оборудование»

Курс «Судовые компрессорные машины». © Чернов А.И., 2014

Модуль 3

3. Основные кпд компрессоров. Мощность привода компрессора.

Центробежные компрессоры

2. 3.1 Основные кпд компрессоров

Коэффициентом полезного действия любой машины, преобразующей энергию, называется отношение полезно полученной энергии одного вида ко всей подведенной энергии другого вида. Применительно к компрессору (машина - орудие) это будет отношение работы, затраченной на рабочий процесс, условно принимаемой за полезно затраченную работу , ко всей затраченной на привод компрессора работе (см. рис 3.1).

Рисунок 3.1 – Преобразование энергии в компрессоре

Часть подведенной к фланцу вала компрессора работы, называемой эффективной работой, тратится на преодоление сил трения в конструктивных узлах компрессора и на привод навешанных механизмов (насосы смазки и охлаждения, органы регулирования и т. п.). Большая часть работы, называемая внутренней затраченной работой , подводится непосредственно к рабочим органам компрессора. Дальнейший процесс сообщения энергии газу сопровождается так называемыми внутренними потерями, к которым относятся:

• потери энергии на внутрижидкостное трение;

• на трение газа о поверхности каналов и цилиндров;

• вихреобразование в газе;

• потери, связанные с перетечками газа внутри проточной части компрессора.

Поэтому только часть может быть отнесена к .

Особенность компрессорных машин состоит в том, что эту полезную часть затраченной работы очень трудно или даже невозможно выделить (особенно при наличии внешнего охлаждения). Действительно, если часть подведенной энергии отводится с охлаждением, то газ этой энергии не получает и ее можно рассматривать как потерю. Но охлаждение полезно, так как приводит к уменьшению удельного объема газа, т. е. способствует его сжатию и уменьшает затраченную работу. Поэтому, чтобы оценить экономичность компрессоров, в отличие от других машин, в качестве КПД используют отношение, в числителе работа, условно принимаемая за . Иными словами используют сравнительные кпд, характеризующие степень совершенства данного действительного компрессора по сравнению с идеальным компрессором, принимаемым за эталон. В эталонном компрессоре процесс сжатия наивыгоднейший в отношении затраты работы.

Для действительных неохлаждаемых компрессоров в качестве такого эталона выбирают идеальный компрессор с изоэнтропическим процессом сжатия, а для действительных охлаждаемых компрессоров - идеальный компрессор с изотермическим процессом сжатия. При этом, как видно из рис. 2.3, в этих эталонных компрессорах обеспечивается соответственно наименьшая возможная затраченная работа.

С учетом изложенного, для оценки экономичности компрессоров используются следующие кпд:

1) внутренний кпд - , характеризующий экономичность процесса сообщения газу энергии со стороны рабочих органов компрессора, т. е. гидравлическое совершенство его проточной части. Для неохлаждаемых компрессоров - это будет внутренний изоэнтропический кпд - , для охлаждаемых - внутренний изотермический ;

2) эффективный кпд - , который характеризует полную экономичность компрессора, с точки зрения полезного использования всей подведенной к валу эффективной работы . Для неохлаждаемых компрессоров - это , для охлаждаемых - ;

З) механический кпд - , характеризующий механическое совершенство компрессора путем учета потерь в его конструктивных узлах и навешанных механизмах.

Используя выражения для перечисленных кпд, можно получить формулу для эффективного кпд в виде

(3.1)

Внутренняя мощность определяется как .

Внутренний и эффективный КПД в приведенных выражениях могут вычисляться по полным параметрам, когда изоэнтропическая или изотермическая работа определяется по формулам (см. п.2.2) через .

Входящий в выражение (3.1) механический кпд может быть вычислен по справочникам или сертификатам на конструктивные узлы компрессора. Часто просто оценивают, особенно для лопаточных компрессоров, когда он близок к единице, и диапазон его изменения весьма невелик. Для лопаточных компрессоров он составляет 0.98…0.99, для поршневых – 0.8…0.85. Погрешность оценки при этом получается незначительной.

Внутренний КПД также может быть оценен на основе данных из литературных источников. Компрессоры нагнетателей ДВС имеют =0.57…0.63, у осевых компрессоров ГТУ =0.75…0.85. КПД поршневых компрессоров составляет 0.45…0.8. Точность оценки по источникам информации значительно ниже, чем в предыдущем случае для .

Поэтому наиболее надежным путем определения внутреннего КПД является испытание компрессоров или их моделей.

.

Другой способ определения внутреннего КПД по результатам испытания компрессора (при отсутствии торсиометра) при условии :

Для оценки экономичности лопаточных компрессоров иногда используется политропный КПД . Он наиболее близкий к истинному КПД. В этом случае .

Тогда

При нахождении рассматривают лишь потерю на трение: . Для политропного КПД рассматривают потери на трение и дополнительную работу теплового сопротивления , вызванную подогревом газа из-за потерь на трение: .

Поэтому .

Используя выражение для входящих в формулу работ, получаем

.

Так как , а и , то

.

Дополнительные потери энергии из-за утечек через внешние уплотнения для лопаточных компрессоров обычно не учитывают. Объемный КПД для них, как правило, . Для объемных поршневых компрессоров утечки значительны и их следует учитывать. В этом случае формула (3.1) должна быть записана так: .