Характеристические кривые нагнетателя.

Характеристики нагнетателя графически выражают связь между основными параметрами его работы: объемной производительностью, степенью сжатия, потребляемой мощностью и политропическим к.п.д. Характеристики нагнетателя строятся на основании данных испытаний или, что менее точно, по данным расчета.

Т

Q

0

Е

а



А



O

Б

а

С

К

Q

б

еоретическая зависимость между объемом перемещаемого газа и степенью сжатия может быть изображена графически в виде наклонной прямой АБ (Рис. 80,а). В действительности вследствие имеющихся потерь на трение, ударов газа о кромки рабочих лопаток при входе и потерь от завихрений зависимость имеет вид кривой СКЕ (Рис. 80, б), которая и называется характеристикой нагнетателя.

Рис.13. Характер зависимаости между степенью сжатия  и объемной производительностью Q для нагнетателя без учета (а) и с учетом (б) потерь и сопротивлений.

Работа, передаваемая газу лопатками нагнетателя, расходуется на сжатие газа, на сообщение ему кинетической энергии и на преодоление гидравлических потерь, величина которых зависит от расхода газа. По этой причине зависимость полезного напора и степени повышения давления имеет вид кривой СКЕ, близкой к параболической. Примерно таким же образом в зависимости от расхода изменяется и к.п.д. компрессора.

Характеристика  - Q (степень сжатия - производительность) нагнетателя при неизменном числе оборотов состоит из двух участков: восходящего и падающего, разделенных точкой К (Рис.13,б).

Нагнетатель работает устойчиво только тогда, когда рабочая точка находится на падающем участке характеристики. При расположении рабочей точки на восходящем участке нагнетатель работает неустойчиво, с резкими колебаниями производительности, толчками ротора и вибрацией агрегата. Что недопустимо. Неустойчивый режим работы по восходящей ветви кривой называется «помпаж», а производительность, при которой наступает «помпаж», - критической производительностью.

При расчете и выборе нагнетателя рабочая точка а (производительность и степень сжатия) выбирается так, чтобы ей соответствовало наибольшее значение к.п.д. и она достаточно была удалена от зоны неустойчивой работы.

В зависимости от изменения сопротивления сети, на которую работает нагнетатель, т.е. от изменения давления в газопроводе, рабочая точка может перемещаться в ту или другую сторону.

При повышении противодавления производительность нагнетателя начинает уменьшаться. Графически этому соответствует перемещение рабочей точки по характеристики нагнетателя влево (рис.14) из точки а в сторону точки К.

После того как рабочая точка достигнет на характеристике точки К и сдвинется левее ее, противодавление сети превысит наибольшее давление, которое может создать нагнетатель, и газ, изменив направление движения, устремится обратно через нагнетатель (помпаж). Графически этому бедет соответствовать скачок рабочей точки из первого квадранта характеристики во второй (из точки К в точку в). Обратный расход газа через нагнетатель вызовет снижение противодавления в сети, и рабочая будет перемещаться в направлении точки г.

Когда рабочая точка, перемещаясь, достигнет наименьшего давления (точка г), давление нагнетателя превзойдет противодавление сети и газ устремится обратно в сеть. Графически этому будет соответствовать скачок рабочей точки из второго квадранта характеристики в первый (из точки г в точку а) и т.д.

Рис.15. Пограничная кривая устойчивой работы.

Рис.14. Графическое пояснение явле-

ния «помпажа».

Каждой определенной скорости вращения вала нагнетателя соответствует определенная характеристика, подобная характеристике СКЕ (см.рис.13), и на каждой из этих характеристик имеется своя критическая точка. На рис.15 показано семейство характеристик n₁-n₅ нагнетателя для различных скоростей вращения вала. Линия, которая соединяет критические точки К характеристик нагнетателя, носит название пограничной кривой устойчивой и неустойчивой работы нагнетателя или границей «помпажа».

Изменение характеристик нагнетателя при различных условиях всасывания.

При постоянном числе оборотов вала, неизменных температуре и составе газа центробежный нагнетатель дает определенные объемную производительность и степень сжатия

Поэтому при уменьшении давления газа p₁ на приеме нагнетателя будет уменьшаться и давление газа на выкиде p_{2 =}  p₁.

Если температура и давление газа на приеме изменятся, то изменяется удельный вес газа и степень сжатия в нагнетателе.

Начальную весовую плотность газа определяют из формулы

V_н = ,

Где Р₁ – абсолютное давление газа на входе в кГ/см²;

R – газовая постоянная в кГм/кг_*^оС;

- коэффициент, учитывающий сжимаемость газа;

Т_н – начальная температура газа в ^оК,

Т_н = 273 + t_н;

Здесь t_н – начальная температура газа в ^оС.

Тогда для стандартных нормальных условий весовая плотность газа будет (Ставропольское месторождение)

_д  = 0,672 кг/м³

где Р₁ = 766 мм рт.ст. = 1,033 кГ/см²;

t_н = 20 ⁰С = 273 + 20 = 293 ^о К;

R = 52,5 С

Пример. Р₁ = 33 кГ/см²; Т₁ = 288^оК (+15^оС);

V_н = =24,1 кГ/м³,

где 0,87 - значение коэффициента .

Пример. Р₁ = 33 кГ/см²; Р₂ = 39,6 кГ/см²; t₁ = +2^оС; Т₁ = 275^оК; ₁ = 1,2.

Если температура газа на приеме изменится (например, до +15^оС), то новую степень сжатия можно определить по формуле

₂ = 1 + ( - 1) = 1 + = 1,191.

Характеристики нагнетателя строят для определенного состава газа, номинального числа оборотов вала (n об/мин) и температуры +15^оС.

Эти характеристики представляют собой зависимость степени сжатия , политропического к.п.д. _пол. и относительной внутренней мощности нагнетателя квт/кг/м³ от объемной производительности Q м³/мин, отнесенной к условиям всасывания.

Для оценки режима работы нагнетателя по данным характеристикам следует фактические условия, при которых работает нагнетатель, привести к условиям, для которых построены характеристики, после чего, пользуясь характеристикой, определить режим работы нагнетателя.