5. Аэродинамический расчет воздухоосушительной установки

Примеры принципиальных схем воздухоосушительных установок в составе компрессорной станции приведены на рис. 2 и 3.

Полный аэродинамический расчет воздухоосушительной установки возможен только после определения состава и геометрических характеристик всего оборудования, установленного по воздушному тракту, а также режимов его работы. На данном этапе разработки это невозможно. Поэтому в качестве первого приближения принимаем среднестатистические оценочные значения потерь давления в теплообменных аппаратах (ТО) и влагоотделителях (ВО) системы осушки воздуха.

Ориентировочно принимают: ΔР_то= 10÷15 кПа и ΔI_во=3÷5 кПа.

Тогда, согласно расчетной схеме (рис.7, с.25), значения давлений воздуха в характерных точках схемы воздухоосушительной установки (табл. 1,2 и 3) будут определяться соотношениями, МПа:

Р₃=Р_кс+ΔР_рто;

Р₂=Р₃+ΔР_пов+ΔР_во; (5.1)

Р₁=Р₂+ΔР_рто+ΔР_во.

Итогом такого расчета является значение давления нагнетания воздуха компрессорной установкой Р_ку=Р₁, МПа, так как потери давления в 1-м ВО (после ВОК) учитываются при оценке аэродинамических потерь в ВОК в тепловом расчете КУ.

Температура воздуха при этом остается без изменения: Т_ку=Т_1.

6. Тепловой расчет компрессорной установки

При проведении поверочного теплового (термодинамического) расчета выбранного компрессора в заданных условиях его работы определяются:

- потребляемая компрессором электрическая мощность;

- тепловые нагрузки всех теплообменных аппаратов КУ;

- удельный расход электрической энергии на производство 1000 м³ сжатого воздуха.

Дополнительные данные, зависящие от конструктивных особенностей оборудования КС, могут выбираться в диапазонах:

ΔР_вс=Р_а-Р′_вк=500÷1000 Па – потери давления на линии всасывания компрессора;

σ′=σ"=0,95÷0,97 – коэффициент, учитывающий потери давления в охладителях воздуха (ПО и ВОК вместе с их влагоотделителями) в поршневой компрессорной установке (ПКУ) и σ=0,97÷0,98 – в турбокомпрессорной установке (ТКУ);

ΔТ_охл=8÷12 К – оптимальный температурный напор на холодном конце воздухоохладителей (недоохлаждение воздуха до температуры воды в ТО типа газ-жидкость);

η_из=0,65÷0,75 – изотермический КПД ступеней поршневого компрессора;

η_ад=0,75÷0,86 – изоэнтропный (адиабатный) КПД (для центробежных ступеней) компрессора;

η_эм=0,96÷0,98 – электромеханический КПД привода.

19

6.1. Методика и последовательность проведения расчета поршневого компрессора

Расчет поршневого компрессора (ПК) ведется на номинальную (паспорт­ную) производительность компрессора Q_к, м /мин.

Воздух потребителю или в систему осушки

1. Составляется расчетная схема КУ и принимаются условные обозначе­ния параметров воздуха в характерных точках тепловой схемы компрессорной установки. Применительно к 2-ступенчатому компрессору расчетная схема с условными обозначениями параметров воздуха в характерных ее точках пред-| ставлена на рис. 5.

Рис. 5. Расчетная схема двухступенчатой поршневой компрессорной уста­новки: 1 – воздухозаборник; 2 – первая ступень сжатия; 3 – вторая ступень сжатия; ПО

– промежуточный охладитель; BOK – воздухоохладитель кон­цевой

2. Рассчитывается распределение давлений по ступеням сжатия, Мпа.

Значения давлений воздуха во всасывающем и нагнетательном патрубках ком

прессора определяются соотношениями:

P =P -∆P , P =

Из условия равенства работ по ступеням сжатия, принимаются равными

степени повышения давления и них, поэтому

ε = = ε =

20

Так как

то окончательно:

. (6.2)

3. Теоретическая работа сжатия в охлаждаемых ступенях компрессора вычисляется но уравнению изотермического сжатия. Поэтому действительные удельные работы сжатия в 1-й и 2-й ступенях (соответственно и , кДж/кг) будут равны:

(6.3)

. (6.4)

Здесь R = 0,287 кДж/(кг-К) - газовая постоянная для воздуха. Температуры воздуха на всасывающих сторонах ступеней компрессора (см. рис. 5) принимаются, К:

; (6.5)

4. Температура воздуха в конце процесса сжатия в 1-й ступени может быть вычислена по соотношению, К:

(6.6)

где = 1-0,01 (ε'-1) - коэффициент, учитывающий подогрев воздуха при его всасывании; _с =(0,92 0,98)к - показатель политропы процесса сжатия в 1-й ступени; к = 1,4 - показатель адиабаты для воздуха.

Цифровой коэффициент в показателе политропы характеризует интен­сивность охлаждения цилиндра ступени. Чем она выше, тем меньше значение коэффициента и показателя политропы.

5. Температура воздуха в конце процесса сжатия во 2-й .ступени

вычисляется аналогично 1-й (см. формулу (6.6)):

, (6.7)

где (если );

21

6. Массовая производительность компрессора составит:

(6.8)

где - объемная производительность компрессора, м /мин; - плотность всасываемого воздуха, кг/м ,которая вычисляется по уже известному соотно­шению:

(6.9)

Здесь - 1,293 кг/м ; =273 К; =0,1013 МПа - параметры воздуха при стандартных атмосферных условиях.

7. Вычисляется мощность, потребляемая компрессором N, кВт, с учетом электромеханических потерь, она равна

(6.10)

где - суммарная удельная работа сжатия в КУ, кДж/кг.

8. Вычисляются тепловые мощности промежуточного, и концевого охла­дителей воздуха, соответственно и , кВт, по соотношениям:

(6.11)

(6.12)

где - средняя изобарная теплоемкость воздуха (см. табл. 9 приложения), кДж/(кг*K).

Однако значение температуры воздуха за ВОК на этом этапе расчет

неизвестно. Оно определяется из уравнения теплового баланса для РТО после силового расчета системы осушки воздуха.

9. Удельный расход электроэнергии в процессе сжатия (одной учетной единицы) воздуха Э_уд, кВтч/(1000 м ), составит:

. (6.13)