4. Энергетические характеристики агрегатов

Как уже было сказано, энергобалансы агрегатов всегда относят­ся к определенным постоянным условиям их работы и определенной их производительности. Однако, в реальных условиях производства до­вольно редко встречается ситуация, когда установки работают с пос­тоянной нагрузкой, поэтому, для оценки энергетической экономичнос­ти работы агрегатов при неизменных технологических параметрах опе­рации, но при разных значениях их производительности использует уже не энергобалансы, а энергетические характеристики.

Исходными энергетическими характеристиками агрегатов являются (Рис. 4.6):

- характеристика подведенной мощности (Р_подв. = f₁(А)):

- характеристика потерянной модности (Р_пот. = f₂(А));

- характеристика полезной мощности (Р_пол. = f₃(А)).

Ординаты характеристики подведенной мощности агрегата равны сумме ординат характеристик потерянной и полезной мощности (т.е. каждая точка характеристики подведенной мощности представляет собой от­дельный энергобаланс!).

Важным показателем энергетических характеристик является ве­личина подведенной мощности при холостом ходе оборудования. Эта величина представляет собой потери холостого хода агрегата (в принципе, это постоянные потери, но в общем случае при наличии в оборудовании дополнительных потерь мощности в зонах малой нагрузки агрегата (Рис. 4.3), это уже сумма постоянных и переменных потерь).

Исходные характеристики, будучи важными, сами по себе, служат такие для построения производных энергетических характеристик. К числу производных характеристик агрегатов относятся (Рис. 4.6):

- характеристика удельного расхода энергии (d = f₄(А));

- характеристика коэффициента полезного действия (к.п.д. = f₅(А));

- характеристика удельных потерь (s = f₆(А)).

Поскольку рассматриваемые показатели энергоэкономичности аг­регата являются производными от одних и тех же исходных величин, кривые соответствующих энергетических характеристик имеют связан­ные точки (например, при d = min, к.п.д. = max и s = min). Более того, производные энергетические характеристики агрегатов зачастую имеют точки экстремума, соответствующие определенной величине производи­тельности агрегата А_эк. Эту величину принято называть экономической производительностью агрегата (для генераторов это - экономи­ческая мощность), так как она определяет самый выгодный с энерге­тической точки зрения режим изолированной работы оборудования. На исходных энергетических характеристиках агрегата эта точка опреде­ляется путем проведения из начала координат касательных к этим характеристикам.

Наибольшее практическое применение из исходных характеристик имеет характеристика подведенной модности, а из производных - ха­рактеристика удельного расхода энергии (хотя при решении многих задач энергосбережения большое внимание необходимо уделять также характеристикам абсолютных и удельных потерь).

Энергетические характеристики агрегатов не представляют собой строгих геометрических фигур. Поэтому можно выделить только самые общие внешние признаки энергетических характеристик. В частности, для характеристик подведенной мощности можно выделить две различ­ные по форме их разновидности. Условно их можно назвать криволи­нейными и прямолинейными (последние, как правило, представляют со­бой менее резко выраженные криволинейные характеристики). Таким образом, все энергоустановки по виду их характеристики подведенной мощности можно разделить на три группы (Рис. 4.7):

- оборудование с прямолинейными характеристиками (к этой группе относятся, в частности, горизонтальные ленточные конвейеры, электрокомпрессоры);

- оборудование с вогнутыми характеристиками (такие характе­ристики свойственны, в частности, текстильным машинам, ковшевым элеваторам, электрическим трансформаторам);

- оборудование с выпуклыми характеристиками (такие характеристики встречаются значительно реже, они свойственны, в частности некоторым типам центробежных машин - насосам, вентиляторам).

Энергетические характеристики агрегатов могут быть выражены в аналитической форме, т.е. с помощью уравнений. Это относится, прежде всего, к прямолинейным и близким к ним характеристикам под­веденной мощности. Уравнение такой характеристики имеет вид:

Р_подв. = Р_х.х. + d_ч·А (4.9)

где Р_подв. - подведенная к агрегату мощность;

А - производительность (нагрузка) агрегата;

Р_х.х. и d_ч- константы уравнения энергетической характеристи­ки.

Если энергетическая характеристика агрегата строго прямоли­нейна на всех ее участках, параметры уравнения Р_х.х. и d_ч имеют не только расчетный, но и физический смысл. В этом случае Р_х.х. представляет собой действительные потери холостого хода агрегата (т.е. потери при нагрузке, равной нулю). Величина d_ч носит название частичного удельного расхода или относительного прироста (для генерирующего оборудования). В оговоренных выше условиях она предс­тавляет собой удельную величину полезной энергии и переменных по­терь энергии (прямо пропорциональных нагрузке агрегата) на единицу вырабатываемой продукции.

Разделив левую и правую часть уравнения подведенной мощности (4.9) на производительность агрегата А, получим уравнение характе­ристики удельного расхода энергии:

(4.10)

Правая часть этого уравнения включает переменную составляющую удельного расхода, убывающую при увеличении нагрузки агрегата, и постоянную составляющую, равную частичному удельному расходу энер­гии. При этом, чем больше постоянная составляющая в уравнении под­веденной мощности агрегата, тем в большем диапазоне может изменяться его удельный расход энергии.

Если характеристика подведенной мощности не строго прямоли­нейна, а получена в результате спрямления криволинейной характе­ристики на определенном ее участке, то параметры уравнения харак­теристики имеют только расчетный (но не физический) смысл. Так, параметр Р_х.х., в отличие от действительных потерь холостого хо­да, при этом называют расходом или условным расходом энергии холостого хода. Использование линейного уравнения для криволинейных характеристик подведенной мощности агрегатов вполне допустимо. Од­нако, при этом нельзя выходить за пределы участка характеристики, для которого это уравнение справедливо с допустимой погрешностью (этот участок называют рабочей зоной характеристики).

Использование аналитического выражения неспрямленных криволи­нейных энергетических характеристик агрегатов не упрощает работу с ними, если для этих целей не используется ЭВМ. Для таких характе­ристик частичный удельный расход энергии не является величиной постоянной и в общем случае представляет собой первую производную подведенной мощности агрегата по его производительности (т.е. тангенс угла наклона касательной, проведенной к той или иной точке характеристики).