8.4. Методические указания

Несмотря на разнообразие типов компрессоров, процессы, осуществляемые в них, тождественны, и все формулы, а также соотношения, приведенные в настоящем разделе, справедливы для всех типов компрессоров.

При изучении данной темы необходимо:

0. уяснить, что затрачиваемая работа на сжатие зависит от характера процесса сжатия;

1. понимать преимущества многоступенчатого сжатия и уметь выполнять все требуемые расчеты;

2. знать способы оценки эффективности работы компрессоров.

8.5. Задачи

1. Компрессор сжимает 100 м³/час воздуха с температурой t₁ = 27 ⁰С от давления p₁ = 0,098 МПа до p₂ = 0,8 МПа.

Определить мощность, необходимую для привода идеального (без потерь) компрессора, считая сжатие: а) изотермическим; б) адиабатным; в) политропным с показателем n = 1,2.

2. Трехступенчатый компрессор производительностью 500 м³/час сжимает азот с параметрами p₁ = 0,86 бар, t₁= 27 ⁰С до давления p₂ = 55 бар по адиабате. Охлаждение азота в промежуточных охладителях производится до первоначальной температуры t₁= 27 ⁰С. Степени повышения давления в ступенях одинаковы.

Определить мощность привода компрессора (N_k, кВт) и теплоту, отводимую в промежуточных охладителях (Q, кВт). Теплоемкость принять постоянной согласно молекулярно-кинетической теории газов.

3. Компрессор производительностью V = 10 м³/мин сжимает воздух с параметрами p₁ = 0,98 бар, t₁ = 30 ⁰С до давления p₂ = 3,5 бар. Адиабатный КПД компрессора _ад = 0,71, механический КПД, учитывающий потери на трение, _м = 0,88.

Определить мощность привода компрессора. Определить эксергетический КПД компрессора, приняв параметры окружающей среды p_oс = p₁, t_oc = t₁. Теплоемкость принять постоянной согласно молекулярно-кинетической теории газов.

Решение

Массовая производительность компрессора равна

.

Температура сжатого воздуха в обратном адиабатном процессе (рис. 8.7)

.

Изобарная теплоемкость воздуха

.

Работа обратимого адиабатного сжатия

.

Работа действительного процесса сжатия (внутренняя работа)

.

Температура сжатого воздуха на выходе из компрессора

Затрачиваемая работа с учетом механических потерь

.

Мощность привода компрессора

.

Эксергетический КПД компрессора

Ответ: N_k =40 кВТ, _ЭКС = 0,715.

8.6. Ответы

1. N_из = 5,72 кВт, N_ад = 7,84 кВт, N_пол = 6,85 кВт.

2. N_k = 60,9 кВт, Q = 39,1 кВт.

9. Циклы газотурбинных и паротурбинных установок

9.1. Методы термодинамического анализа циклов

Назначением газо – и паротурбинных установок является производство полезной работы за счет теплоты. Источником теплоты служит топливо, характеризующееся определенной теплотой сгорания . Максимальная полезная работа , которую можно получить, осуществляя любую химическую реакцию (в том числе и реакцию горения топлива), определяется соотношением Гиббса-Гельмгольца

.

Расчеты показывают, что для большинства ископаемых топлив  . Таким образом, эксергия органического топлива примерно равна теплоте его сгорания, т. е. теоретически в работу можно превратить весь тепловой эффект реакции. Практически в двигателях и установках со сжиганием в полезную работу превращается 20…40% от теплового эффекта реакции горения. Потери тепла распределяются по отдельным узлам установки и влияют на термодинамическое совершенство их, которое определяется не только количеством потерянного тепла, но и его качеством.

Количество тепловых потерь оценивается коэффициентами полезного действия (термическим, внутренним, механическим, эффективным, электрическим и т.д.). Распределение потоков тепла в установке характеризует уравнение теплового баланса.

Качество тепловых потерь оценивается эксергетическими КПД отдельных узлов установки. Распределение потоков эксергии в установке описывается уравнением эксергетического баланса.

Таким образом, наиболее полную картину распределения потерь в теплосиловой установке дает применение двух методов термодинамического анализа:

• метода коэффициентов полезного действия;

• эксергетического метода анализа.