Расход мощности и кпд компрессора

Энергетическую эффективность работы компрессоров принято оценивать так называемым условным энергетическим КПД. Он представляет собой отношение мощностей эталонных (наиболее эффективных) компрессоров данного типа к действительной мощности данного компрессора.

Если компрессор работает с интенсивным охлаждением, эталонным является изотермический процесс сжатия с минимальным количеством затрачиваемой энергии. То условный КПД компрессора называется изотермным:

где L_В, N_В – работа и мощность на валу компрессора.

В компрессорах не имеющих специального охлаждения, отвод тепла от сжимаемого газа очень мал. За эталонный процесс для подобных компрессоров принимают адиабатный, а КПД компрессора в этом случае называют адиабатным и определяют как:

Работа L_В или мощность N_В на валу компрессора расходуется главным образом на сжатие и перемещение газа L_И, N_И и преодоление трений в механизме движения компрессора L_ТР, N_ТР. Уравнение КПД с учетом потерь на трение можно представить в виде:

Отношение N_ИЗ/N_И называют изотермным индикаторным КПД _ИЗ.И. Он отражает термодинамическое совершенство сжатия газа в компрессоре.

Отношение:

называют механическим КПД _мех. Этот коэффициент отражает совершенство механизма движения компрессора. Следовательно, изотермный КПД компрессора равен:

_из=_из.и_мех.

По аналогии, адиабатный КПД компрессора:

_ад=_ад.и_мех.

Таким образом, расход мощности на валу компрессора при изотермическом процессе может быть определён в виде:

(16)

где Q – объём газа, всасываемого компрессором в единицу времени, м³/с.

Работа на валу компрессора при политропическом процессе сжатия отличается только на величину механических потерь. Тогда расход мощности на валу компрессора можно определить по следующей формуле:

(17)

Обычно КПД компрессоров, которые наиболее часто применяются на практике, находятся в пределах: для поршневых компрессоров _из=0,8-0,92; для лопастных компрессоров _ад=0,75-0,85; _мех=0,9-0,96 (на преодоление механического трения в конструктивных узлах: поршень – цилиндр, крейцкопф, уплотнения, подшипники). У Шлипченко: _из=0,55-0,75; _мех=0,9-0,96.

Расход мощности компрессора с отводом тепла при политропическом сжатии газа практически может приближаться к расходу мощности, соответствующему изотермическому процессу.

Действительный цикл и определение подачи поршневого компрессора

Действительный рабочий процесс в компрессоре отличается от теоретического (причины по которым это происходит, мы указывали ранее). Так в действительности в пространстве между поршнем и крышкой цилиндра остаётся газ в то время, когда поршень достигает своего крайнего положения. Это положение называют мёртвым, а объём пространства, в котором задерживается газ, называется вредным пространством. Обычно объём вредного пространства составляет от 2 до 7% рабочего объёма цилиндра.

Рассмотрим диаграмму действительной работы компрессора (рис. 3).

Рис. 3. Диаграмма действительной работы компрессора

Вследствие того, что во вредном пространстве V₀ газ оказывается сжатым до давления р₂, всасывание его в цилиндр начинается не тогда, когда поршень сдвинется с мёртвой точки, а только после того, когда газ расширится в цилиндре, заняв объём V₀`, и давление его снизится до р<sub>1</sub>. Только после этого в точке 1 начинается всасывание. Отсюда видно, что вредное пространство отрицательно сказывается на подаче компрессора. Отношение фактически засасываемого объёма газа к теоретическому называют объёмным коэффициентом полезного действия (КПД) компрессора: <sub>0</sub>=V<sub>1</sub>`/V₁.

В связи с тем, что в реальном компрессоре подъём клапанов и движение газа в соединительных клапанах связано с преодолением соответствующих гидравлических сопротивлений, фактическое давление газа при всасывании снижается до давления меньшего, чем р₁ (линия 1 – b – 2), а при нагнетании давление повышается больше, чем до р₂ (линия 3 – а – 4). Линия 1 – 2 - линия атмосферного давления, а линия 3 – 4 - линия конечного сжатия.

Вследствие утечек и нагрева газа при его движении через всасывающие клапана действительная степень наполнения  цилиндра компрессора меньше его объемного КПД ₀.

Отношение объёмна газа, поданного компрессором, к объёму описанному поршнем называется степенью наполнения , которая обычно составляет 92 – 98% объёмного КПД:  = ₀ – 0,04.

При изотермическом процессе объёмный КПД определяют по формуле:

(18)

При политропическом процессе:

(19)

Из этих зависимостей видно, что объёмный КПД компрессора тем меньше, чем больше вредное пространство Е и степень сжатия (Е = s₀/s, где s₀ – ход поршня соответствующий вредному пространству, s – ход поршня на всасывание и нагнетание).

Т. о., относительное значение вредного пространства в долях хода поршня определяется соотношением: Е = so/s .

На практике: 0,02 < E < 0,08.

Подача компрессора одинарного действия, отнесённая к условиям всасывания определяется следующим образом:

(20)

Подача компрессора двойного действия:

(21)

где F – площадь поршня, f – площадь штока, n –частота вращения вала компрессора.

Средняя скорость поршня определяется по уравнению:

C_п = 2s  n/60,

где 2s – путь, проходимый поршнем за 1 оборот коленчатого вала.