- •Системы снабжения предприятий сжатым воздухом
- •"Технологические энергоносители
- •Часть 1
- •Введение
- •1. Общие сведения о системах производства и распределения энергоносителей
- •1.1. Общие понятия и определения
- •1.2. Функции системы прэ и методы их обеспечения
- •1.3. Функции вспомогательных элементов
- •1.4. Показатели эффективности системы
- •2. Общие сведения о Системах воздухоснабжения
- •2.1. Назначение, достоинства и недостатки систем воздухоснабжения
- •2.2. Структура и схемы систем воздухоснабжения
- •3. Характеристика потребителей сжатого воздуха
- •3.1. Области применения сжатого воздуха и энергоемкость его производства
- •3.2. Классификация потребителей
- •3.3. Параметры потребляемого сжатого воздуха
- •4. Режимы воздухопотребления
- •4.1. Определение нагрузок на компрессорную станцию
- •4.1.1. Виды нагрузок
- •4.1.2. Укрупненный метод определения нагрузок на кс
- •4.1.3. Расчетный метод определения нагрузки на кс
- •4.2. Выбор типа, типоразмера и количества компрессоров, устанавливаемых на компрессорной станции (кс)
- •5. Оборудование и схемы компрессорных станций систем воздухоснабжения
- •5.1. Общие сведения о компрессорном оборудовании
- •5.1.1. Классификация нагнетательных установок и области их применения
- •5.1.2. Поршневые компрессоры
- •5.1.3. Турбокомпрессоры
- •5.2. Технологические схемы компрессорных станций
- •5.2.1. Общие сведения о схемах
- •5.2.2. Технология получения сжатого воздуха на поршневой компрессорной установке
- •5.2.3. Технология получения сжатого воздуха в турбокомпрессорной установке
- •6. Основы теории компрессорных машин
- •6.1. Основные показатели работы (параметры) компрессорных машин
- •6.1.1. Производительность (подача)
- •6.1.2. Удельная работа сжатия
- •6.1.3. Развиваемое давление
- •6.1.4. Термодинамические кпд компрессора
- •6.1.5. Эксергетический кпд
- •6.1.6. Мощность компрессора
- •6.2. Ступенчатое сжатие и его расчет
- •6.2.1. Ступенчатое сжатие в поршневых компрессорах (пк)
- •6.2.2. Ступенчатое сжатие в турбокомпрессорах (тк)
- •6.3. Работа лопаточных машин
- •6.3.1. Основное уравнение турбомашин (уравнение Эйлера) и его анализ
- •6.3.2. Основные свойства турбокомпрессоров
- •7. Основные характеристики компрессоров
- •7.1. Характеристики объемных машин
- •7.2. Характеристики турбокомпрессоров
- •7.2.1. Теоретические характеристики
- •7.2.2. Действительные характеристики тк и их свойства
- •7.3. Определение рабочих параметров компрессорных машин по характеристикам
- •7.3.2. Рабочие параметры объемных машин (на примере пк)
- •7.3.3. Рабочие параметры турбокомпрессоров. Помпаж
- •7.4. Пересчет характеристик турбокомпрессора на другие условия работы
- •7.4.1. Задачи пересчета характеристик
- •7.4.2. Пересчет характеристик тк при изменении начальной температуры
- •7.4.3. Пересчет характеристик тк при изменении частоты вращения ротора
- •8. Регулирование работы компрессорных установок
- •8.1. Общие сведения
- •8.2. Регулирование поршневых компрессоров
- •8.2.1. Регулирование изменением частоты вращения коленчатого вала компрессора
- •8.2.2. Полный или частичный отжим всасывающих клапанов
- •8.2.3. Регулирование присоединением к цилиндру дополнительного объема
- •8.2.4. Регулирование дросселированием на всасывании
- •8.3. Регулирование турбокомпрессоров
- •8.3.1. Регулирование изменением частоты вращения ротора
- •8.3.2. Регулирование тк дросселированием на всасывании
- •8.3.3. Регулирование дросселированием на нагнетании
- •8.3.4. Регулирование поворотом входных направляющих лопаток
- •8.3.5. Регулирование поворотом лопаток диффузора
- •9. Приводы компрессоров
- •9.1. Привод поршневых компрессоров
- •9.2. Привод турбокомпрессоров
- •10. Вспомогательное оборудование компрессорных станций
- •10.1. Загрязнения атмосферного воздуха
- •10.2. Способы очистки воздуха и классификация воздухоочистительных устройств
- •10.3. Основные показатели воздушных фильтров
- •10.4. Влаго- и маслоотделители
- •10.5. Воздухосборники (ресиверы)
- •10.6. Теплообменники (то) компрессорных установок
- •11. Компоновка компрессорных станций
- •11.1. Типы компоновок
- •11.2. Машинный зал, размещение оборудования
- •12. Осушка сжатого воздуха
- •12.1. Способы осушки воздуха
- •12.2. Термодинамические основы осушки охлаждением
- •12.3. Установки для осушки воздуха охлаждением
- •12.4. Адсорбционный способ осушки
- •13. Транспортирование сжатого воздуха
- •13.1. Трубопроводы компрессорной станции
- •13.2. Потери энергии при транспортировке сжатого воздуха
- •13.3. Аэродинамический расчет воздухопровода
- •13.4. Конструкции воздушных сетей
- •14.Повышение эффективности работы систем воздухоснабжения
- •14.1. Повышение работоспособности сжатого воздуха его нагревом перед использованием
- •Библиографический список
- •Содержание
- •Часть 1
- •420066, Казань, Красносельская, 51
- •420066, Казань, Красносельская, 51
6.2.2. Ступенчатое сжатие в турбокомпрессорах (тк)
В компрессорах лопастных (центробежных и осевых) из-за ограничения окружных скоростей лопаток (по соображениям прочности) степень повышения давления в одной ступени невелика (ст=1,3-1,5). Это ведет к увеличению числа ступеней сжатия для достижения заданного давления. С одной стороны, это усложняет конструкцию, с другой стороны, появляется возможность размещения большего числа промежуточных охладителей воздуха. Процесс сжатия при этом приближается к изотермическому и, как следствие, уменьшается мощность привода.
На практике ступени разбивают на группы (секции) и охладители ставят между секциями. В пределах секции ступени не охлаждают, поэтому удельная работа сжатия в секции вычисляется по уравнению изоэнтропного (адиабатного) сжатия (6.2) с использованием изоэнтропного (адиабатного) КПД.
Здесь, как и в поршневых компрессорах, степени повышения давления в секциях собычно принимают одинаковыми, т.е. без учета гидравлических потерь в промежуточных охладителях:
, (6.15)
где z– число секций.
С учетом гидравлических потерь
. (6.16)
Удельная работа сжатия в компрессоре определяется как сумма удельных работ в секциях:
, (6.17)
где
. (6.18)
Здесь Tвс– температура воздуха на входе в соответствующую секцию, К, значение которой зависит от температуры охлаждающей воды и эффективности работы воздухоохладителя.
6.3. Работа лопаточных машин
6.3.1. Основное уравнение турбомашин (уравнение Эйлера) и его анализ
Теоретическая работа, сообщенная 1 кг газа (напор), Дж/кг, при изоэнтропном (адиабатном) сжатии его от давления Р1до давленияР2может быть вычислена по известному из термодинамики соотношению (6.2):
= .
Эта же работа может быть найдена из уравнения Эйлера:
, (6.19)
гдеu2иu1– окружные скорости концов рабочих лопаток, м/с;с2uиc1u– окружные составляющие абсолютных скоростей потока на выходе и входе рабочего колеса (см. рис. 6.2).
Рис. 6.2. Треугольники скоростей газового потока на входе и выходе рабочего колеса центробежного компрессора (ЦБК)
Используя соотношения для треугольников скоростей, преобразуем уравнение Эйлера. В соответствии с теоремой косинусов из выходного треугольника можно записать:
, где,
тогда
. (6.20)
Аналогично из входного треугольника:
. (6.21)
Подставив эти выражения в уравнение Эйлера (6.19) получим:
. (6.22)
Это преобразованное уравнение Эйлера, удобное для анализа. Здесь два последних члена выражают часть работы ТК, затраченной на прирост давления газа в рабочем колесе. Это статический напорколеса. Первый член – это динамический напорколеса, который может быть преобразован в статический напор в диффузоре ТК.
Из уравнения (6.19) видно, что максимальный напор, а следовательно, максимальное давление, развиваемое ступенью ТК, будут при , т.е. при1=90(вход потока в колесо без предварительной закрутки): . Иначе
, (6.23)
где –коэффициент закруткипотока, который является характеристикойгеометриирабочего колеса. Отсюда важный вывод:
при постоянном значении (для одного и того же колеса), напор (удельная работа сжатия) развиваемый компрессором пропорционален квадрату частоты вращения колеса.
Максимальная окружная скорость u2лимитируется условиями прочности. В стационарном компрессоростроении при загнутых рабочих лопатках для применяемых материалов обычно принимаютu2250 м/с. В таких ступенях ЦБК степени повышения давления составляютст=1,3-1,5.
На практике в ЦБК могут быть использованы рабочие колеса с лопатками следующих форм (см. рис. 6.3):
Рис. 6.3. Схемы рабочих колес ЦБК: а – лопатки загнуты назад; б – лопатки радиальные; в – лопатки загнуты вперед
В соответствии с (6.23), если все три колеса одного диаметра, то при неизменной частоте вращения (u2=const) и одинаковых условиях входа потоканаименьшийнапор будет в колесеа) инаибольший – в колесев).
Преобразование кинетической энергии потока в потенциальную происходит в диффузоре и обратном направляющем аппарате. Оно сопровождается значительными газодинамическими потерями. Эти потери растут с увеличением скорости c2(в соответствии с законом Дарси). Отсюда области применения центробежных компрессоров с разными типами колес:
1) в стационарных крупных компрессорах, для которых экономичность имеет первостепенное значение, используют рабочие колеса с лопатками, загнутыми назад (2л=35-55);
2) загнутые вперед лопатки применяют в тех случаях, когда необходимо получить высокий напор в одной ступени, а величина КПД играет второстепенную роль;
3) наиболее прочные – радиальные лопатки. Они позволяют получать окружную скорость до 500 м/с. Кроме того, эти лопатки обеспечивают максимальную диффузорность, т.е. наибольший член уравнения (6.22): .
Благодаря этому в одном колесе с радиальными лопатками достижимы более высокие статические давления. Такие колеса применяются тогда, когда требуются высокие давления при минимальных габаритах и массе. Обычно в транспортных конструкциях.
В осевых компрессорах (ОК) обычно u1=u2, т.е. в уравнении (6.22) отсутствует член, отражающий влияние центробежных сил.
Вследствие этого ступень ОК развивает значительно меньший напор, чем ступень ЦБК. Так что при равных степенях повышения давления и других равных условиях ОК имеет значительно большее число ступеней, чем ЦБК.