Характеристики поршневого компрессора.

Лекция №10

Мощность, необходимая для привода компрессора.

Механический К.П.Д.

Полная мощность, подводимая к валу компрессора, N должна быть большеN_ин на величину N_т, необходимую для преодоления трения в звеньяхмеханизма машины, и N_вен. – для привода вспомогательных механизмов компрессора.

В поршневых компрессорах N_т складывается из N_т.к. – мощность трения шеек коленчатого вала в коренных подшипниках, N_т.м. – мощности трения Мотылевых шеек коленвала в подшипниках нижних головок шатунов, N _т.пал. – мощности трения поршневых или крейцкопфных пальцев в подшипниках, N _т.кр. – мощности трения крейцкопфов или ползунов по их направляющим, N_т.пор. – мощности трения поршней колец о стенки цилиндров, N_т.с. – мощности трения в сальниках штоков.

В компрессорах с принудительными управлением впуском и выпуском газа в виде золотников добавляется еще мощность на преодоление трения в звеньях механизма этих органов – N _т.зол.

N_т = N_т.к. + N_т.м. + N_т.пал. + N_т.кр. + N_т.пор. + N_т.пк. + N_т.зол. + N_т.с. (1)

Компрессоры могут иметь вспомогательные механизмы, потребляющие мощность: масляные насосы для смазки механизма движения (N_м1), масляные насосы (лубрикаторы) для смазки цилиндров и сальников (N_м2). В некоторых компрессорах может быть водяной насос для системы охлаждения компрессора (N_н) и вентилятор для обдува цилиндров и холодильников (N_в).

Тогда мощность, потребления вспомогательными механизмами, будет

N_всп. = N_м1 + N_м2 + N _н + N _в

Полная мощность, которая должна быть подведена к валу компрессора,

N = N_ин + N_т + N_всп (2)

N_ин. + N_т. = Nк – мощность, потребляемая собственно компрессором.

(3)

β_мех – характеризует степень совершенства механизма движения компрессора.

Если для существующего компрессора по данным испытаний известны N_ин. и N_к., то N_т. = N_к – N_ин.,

а η_мех определяется из уравнения (3).

Величину мощности, необходимую на преодоление трения, можно получить из уравнения (3).

η_мех (N_ин. + N_т.) = N_ин.

η_мех · N_ин. + η_мех · N_т. = N_ин.

В тех случаях, когда отсутствуют данные от испытаний компрессора, но имеются все данные о его конструкции и параметры режима, при котором компрессор должен работать, то Nин. определяется уравнением

или по упрощенной формуле, когда П_с = П_р., а N_тр. определяют по уравнению (1)

Отдельные составляющие правой части уравнения (1) могут быть приближенно вычислены аналитически.

При разработке нового компрессора недостаточно данных для аналитического вычисления N_т. Поэтому приходится задаваться ориентировано величиной η_мех на основании анализа данных испытаний существующих компрессоров, достаточно близких по конструктивным и газодинамическим параметрам к проектируемой машине.

Для поршневых компрессоров с хорошим состоянием механизмов пр нормальной смазке и полной нагрузке величине η_мех лежит в пределах:

η_мех = 0,8 ÷ 0,95

Большое значение η_мех относятся к компрессорам большой мощности.

Уравнение (3) можно представить в виде:

(4)

По данным испытаний поршневых компрессоров известно, что N_т. мало зависит от Е_ц. А величина N_ин. зависит от Е_ц. Поэтому, если в первом приближении для данного компрессора при n₀=const величину N_т. принять постоянной, то из уравнения (4) следует, что величина η_мех зависит от нагрузки компрессора, т.е. от N_ин. С увеличением N_ин. η_мех возрастает и наибольшую величину его компрессор имеет при работе с наибольшей допустимой Е_ц.

Испытание компрессоров с целью определения η_мех надо производить при работе компрессоров с полной нагрузкой.

Мощность трения зависит от температуры смазочного масла и числа оборотов. Повышение температуры масла снижает его вязrость и уменьшает работу трения. В обычных для компрессоров диапазонах температур повышение температуры масла на 10⁰ вызывает уменьшение работы трения на 10 ÷ 15%.

При повышении числа оборотов коленвала мощность трения в различных узлах изменяется по-разному. В целом по компрессору работа трения растет приблизительно пропорционально увеличению числа оборотов в степени

1,5 ÷ 1,8.

Коэффициенты полезного действия одноступенчатого поршневого компрессора.

Коэффициенты полезного действия характеризует совершенство работы компрессора.

 

За К.П.Д. принимают отношение работы (мощности), затрачиваемой на привод идеального эталонного компрессора, к работе (мощности), действительно затрачиваемой на привод компрессора..

В зависимости то того, какой компрессор принимают за эталонный, различают Я к.п.д.

Изотермический

Аднабатический

В первом случае в качестве эталона принят компрессор без потерь, в котором происходит изотермический рабочий процесс и который по производительности и степени повышения давления равен рассматриваемому компрессору.

Nиз. = P₁V_bℓ_nЕ

Во втором случае за эталон принят компрессор с аднабатическим теоретическим процессом той же производительности и степени повышения давления

Изотермический к.п.д. η_из. применяют для оценки совершенства охлаждаемых компрессорных машин.

Адиабатический к.п.д. η_ад. используют для оценки совершенства неохлаждаемых машин.

Выразим η_из. как произведение следующих величин

(5)

Сомножитель - изотермический индикаторный к.п.д.

Он учитывает совершенство термодинамического процесса сжатия и влияние газодинамических потерь в машине.

Второй сомножитель Он отражает степень совершенства механизма движения компрессора с точки зрения энергетических затрат.

Третий сомножитель

η_всп. – коэффициент мощности. Он указывает, какая часть всей мощности, подводимой к коленчатому валу компрессора, расходуется на привоз непосредственно компрессора.

Итак, η_из. равен:

η_из. = η_из._ин.· η_мех. · η_всп.

По аналогии для η_ад. имеем:

η_аб. = η_аб._ин.· η_мех.· η_всп.

Коэффициент полезного действия компрессорной установки включает в себя в виде сомножителей еще к.п.д. передачи η_пер. и двигателя η_дв.

η_из.уст. = η_из.ин.· η_мех.· η_всп.· η_пер.· η_дв.

η_ад.уст. = η_ад.ин.· η_мех.· η_всп.· η_пер.· η_дв.

Очень часто совершенство компрессоров, имеющих одинаковые степени повышения давления, оценивается удельными затратами мощности.

Характеристики поршневого компрессора.

Основные характеристики поршневого компрессора: V₁ = f₁(Е); N = f₂ (Е); λ = f₃ (Е); η_из. = f₄ (Е).

Анализ характеристик при п ₀ = const даст следующие выводы:

1. λ уменьшается с увеличением Е.

Это объясняется тем, что с увеличением Е уменьшаются λ₀, λ₂, λ_т.

2. Кривая зависимости N = f (Е) имеет максимум.

3. Для одного и того же компрессора, работающего при одних и тех же условиях и одном и том же режиме, всегда η_из. < η_ад., т.к. N_из. < N_ад.

Поэтому сравнение разных компрессоров должно производится по одинаковым к.п.д. (η_из. или η_ад.) и при работе машин на одинаковых (или близких) режимах по Е.

Величины η_из. и η_ад. при Е=1 равны нулю, они возрастают с увеличением Е до некоторого предела (η_из.)max и (η_ад.)max, который наступает в различных машинах при различной величине Е (в пределах Е≈3÷6). При дальнейшем увеличении Е величины η_из. и η_ад. уменьшаются.

Характер изменения η_из. от Е следует из уравнения

При Е=1 величина η_из.=0, N_ин.>0

N_тр.+N_всп.>>0

Пока величина Е мала, N_ин. немногим больше N_из. и в уравнении для η_из.. 1-й член знаменателя близок к единице, а второй член во много раз больше первого, т.к. N_из. мало, а N_тр. + N_всп. >> N_из.

При малых Е величина знаменателя будет большой главным образом за счет второго слагаемого.

По мере увеличения Е будет увеличиваться N_ин. и N_из., причем N_ин. будет расти быстрее N_из., т.к. П_с>1, поэтому 1-й член знаменателя будет увеличиваться. Второй же член будет уменьшаться, т.к. N_тр. + N_всп. меняется мало. Сумма обоих членов знаменателя будут понижаться при увеличении Е до некоторой величины Е₀. При Е=Е₀ величина η_из. будет максимальной. При дальнейшем увеличении Е величина N_ин. становится настолько больше, что 2-й член знаменателя в уравнении становится меньше 1-го, сумма обоих членов начинает увеличиваться, а величина η_из. – уменьшаться.

Чем больше в данной машине величина N_тр. + N _всп., тем при большей величине Е достигнет максимума η_из., а кривая будет более пологой.

При малых величинах N_тр. + N_всп. она будет подниматься круче и η_из. достигнет наибольшей величины при меньших величинах Е.

Характер изменения кривой η_ад. = f (Е) аналогичен.

4. При работе с малым Е поршневые машины являются неэкономичными.

5. Наиболее экономично поршневой компрессор может работать лишь в довольно узком диапазоне значений Е. Выбор или проектирование компрессоров с запасом, производящим в действительных условиях к работе этих машин с недогрузкой, влечет за собой снижение к.п.д. компрессоров.