Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 [ 6 ] 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57

Lg 3,43. lOV (а.2Вб i) g/j времени. Теплота, эквивалентная изоэнтропной работе компрессора (учитывая что = k, Ср- С, = R, = и С = /)

может быть выражена следующим уравнением:

R At Ср At - ja - Ч лс/кТ [ккаг/гсГ]

т. е. теплота, соответствующая изоэнтропной работе компрессора 1

может быть выражена разностью энтальпий воздуха до и после 1

сжатия и, следовательно, легко определяется из диаграммы /-s. 1

Теплота отводимая при изоэнтропной (адиабатном) процессе I

в компрессора равна нулю: дв = 0. I

Следует отличать теплоту отведенную во время сжатия (при I

изотермическом и политроп ном процессе с охлаждением) от те- I

плоты, эквивалентной работе, которая для всех процессов есть I

количественное выражение работы в тепловых единицах. I

Процесс при неизменной энтропии (изоэитропный) часто пазы- I

вают адиабатным. В термодинамике адиабатным называют тепло- I

изолированный обратимый процесс, идущий при неизменной I

энтропии. В компрессорах процесс может идти при неизменной I

энтропии не только в случае отсутствия подвода извне и отвода I

наружу тепла (теплоизолированный процесс), но также и в том I

случае, если количество отведенного наружу тепла равно коли- I

честву тепла, подведенного к воздуху в процессе сжатия за счет

внутренней работы трения. Поэтому название «изоэнтропныйу I

точнее определяет сущность процесса в компрессоре, хотя практи- I

чески такой процесс нередко отождествляется с адиабатным. I

Уравнение работы политропного процесса компрес- I

сора имеет такой же вид как и уравнение изоэнтропной работы, Щ

но вместо показателя адиабаты k подставляют показатель поли- I

тропы п, который для охлаждаемых компрессоров несколько Н

меньше показателя k, но обычно больше единицы, а для неохлаж- Н

даемых компрессоров п > ™

In - Pii nL\ ( " ~ О дж/кг [кГм/кГ];

L„ = PiV-Tj (о " -l) дж/ед. времени [кГм/ел. времени]; = J R At дж/кг [кГм/кГ].

В системе единиц МКГСС работа /„, отнесенная к 1 кг воздуха, представляет собой напор, развиваемый компрессором, в метрах воздушного столба: 1„= Н м.

В системе единиц СИ работа /„ имеет размерность кинетической энергии: /„ = Н мУсек\

Теплота, отведенная (или подведенная) 10 Баланс энергии в процессе политропного сжатия, равна в компрессоре = (Г, - Т,) дж/кг [кка/кг]

Q,t ~ п" = » V~ ВД- времени [ккслед. времени].

Выражение „ имеет положительное значение при /г > й, т. е. когда в процессе сжатия теплота подводится, и становится отрицательным при /г < /г, когда теплота отводится в процессе сжатия (охлаждаемый компрессор). Для расчетов принимается во внимание абсолютная величина и Q,.

Из диаграммы работы (фиг. 12, а) видно, что работа компрессора имеет наименьшую величину при изотермическом сжатии (п = 1), а по мере увеличения показателя п работа возрастает:

ius<ln<lad<ln, {n<k) (n> k)

следовательно, охлаждение уменьшает расход энергии. Процесс сжатия целесообразно приближать к изотермическому.

Возможен случай охлаждения воздуха при сжатии до температуры ниже начальной, т. е. при /г << 1, в результате чего работа станет меньше изотермической. Практически такой результат труднодостижим, поэтому будем считать наиболее благоприятным для охлаждаемых компрессоров изотермический процесс. Для неохлаждаемых компрессоров «идеальным» можно считать изоэитропный (адиабатный) процесс сжатия. Подобные процессы принято считать мерой совершенства работы компрессора, и с ними обычно сравнивают действительные процессы сжатия и всю работу компрессора.

Теплота, соответствующая работе, показана на диаграмме Т-s (фиг. 12, б). Наибольшее количество тепла отводится при изотермическом сжатии (площадь с-1-2д-а); несколько меньше отводится при политропном процессе с охлаждением, когда п <Ck (площадь с~1-2,~Ь). При изоэнтропной (адиабатном) процессе епло не отводится и не подводится или количество отведенного епла равно количеству подведенного за счет внутренней работы рения. При политропном процессе, когда /г > й, к воздуху во

cjcMM сжатия подводится тепло за счет внутренней работы трения; кроме того, это тепло увеличивает удельный объем воздуха, что создает дополнительную работу сжатия.

В большинстве случаев охлаждение в ступенях турбокомпрессоров и турбовоздуходувок отсутствует. При малой степени повышения давления у поршневых одноступенчатых компрессоров охлаждение также не применяется.

При отсутствии потерь в неохлаждаемой ступени компрессора имеет место изоэнтропный (адиабатный) процесс сжатия, выражаемый линией /-2ад- Действительный процесс сжатия, политропный, связан с потерями и увеличением энтропии /-2.

Теплота, эквивалентная изоэнтропной работе, выражается площадью c~2as-2,i~a (фиг. 12, б).

Теплота, эквивалентная политроп ной работе неохлаждаемой ступени компрессора, выражается площадью с-/-2--й и больше теплоты эквивалентной работы изоэнтропного процесса на величину 1 - пл • /-2-вследствие нагрева воздуха в процессе сжатия.

Теплота, выражаемая площадью d-О-2]-2-с, эквивалентна внутренней работе компрессора, включающей также превращаемую в теплоту работу внутреннего трения дисков о воздух и гидравлических потерь.

Теплота, эквивалентная внутренней работе li, больше величины теплоты, соответствующей политропной работе, на величину

/„ li - Ir дж/кГ [Al = All - Al, ктл/кГ].

Таким образом, пользуясь диаграммами работы и теплоты (фиг. 12), можно следующим образом обозначить все элементы работы и соответствующей ей эквивалентной теплоты компрессора (табл. 4).

Нетрудно заметить, что для всех компрессоров Для неохлаждаемых компрессоров

h-ln + K-la5 + K + K-

Внутреннюю работу иногда называют индикаторной, так как она представляет собой работу, определяемую индикаторной диаграммой. Для поршневых компрессоров такая диаграмма получается построением для заданного процесса компрессора или для действительных условий работы; на работающей машине индикаторная диаграмма снимается при помощи прибора, называемого 42

Таблица 4

Элементы работы и теплоты компрессора

работа

Характерчстйка

Площадь о p-v координатах (фнг. 12, а)

Теплота

Характеристика

Площадь в Г- S координатах (фиг. 12. 6)

п ад

Изотермическая Политропиая при охлаждении, п<к Адиабатная

Политропиая без охлаждения, п > к

Внутренняя (или индикаторная) работа

Дополнительная (по срввиепию с адиабатной) работа «следствие увеличения объема воздуха при подводе тепла внутреннего трения

Работа внутреннего трения воздуха о детали компрессора, гидравлических и других потерь, вследствие не-совери[енства процесса Работа механическая, т. е. работа внешнего трения (подшипники, кольца поршней, редукторы, смазочные и регулирующие устройства)

Эффектнниая работа на валу двигателя

Л1аэ А1

Лад At,

Al, Al

m AL

Отведенная прн изотермическом сжатии

Отведенная прн по.пнтропном сжатии

Соотп етств у юща я (эквивалентная) адиабатной работе

Политропиая без охлаждения Внутренняя

Дополнительная

Внутреннего трения, сообщенная воздуху

Внешнего трения (механической работы) I Эффективная

e-i-2„-e

-п-ад &-2-1-С

индикатором. Для всех машин, охлаждаемых и неохлаждаемых, внутренняя или индикаторная работа больше работы процесса («3 п. аа). определяемой по одной из приведенных выше ()ормул, на величину гидравлических потерь и внутреннего трения, а также потерь, имеющих место вследствие несовершенства процесса.

В диаграмме р-v (фиг. 12, а) работа /(, может быть отражена только для неохлаждаемых компрессоров. Работа - для неохлаждаемых машин - отражается только в диаграмме T~s (фиг. 12, б).

Для энергетической оценки степени coll. К. п. д. вершенства работы компрессорной машины компрессора существует понятие коэффициента полезного действия (к. п. д.) компрессора. К. п. д. компрессора называется отношение работы теоретического процесса при изотермическом, адиабатном или политропном

сжатии к эффективной или внутренней работе. Кроме того, существует понятие механического к. п. д. компрессора, представляющего собой отношение внутренней работы к эффективной и характеризующего величину работы внешнего трения в подшипниках, редукторах, органах смазки и регулирования.

К. п. д., относящийся к эффективной работе (мощности), т.е. ко всей работе, подведенной к компрессору приводным двигателем, будем называть абсолютным к. п. д. К. п. д., относящийся к внутренней работе, будем называть относительным к. п. д.

Наиболее применимы следующие к. п. д.:

К. п. д. колшрессора является сравнительной величиной, которую не следует отождествлять с понятием термического к. п. д. Правильнее говорить о коэффициенте мощности компрессора.

Нетрудно заметить, что

Для неохлаждаемых ступеней турбокомпрессоров в первую очередь рассматриваются относительные: адиабатный и политроп-ный к. п. д., поскольку работу процесса целесообразно сравнивать с внутренней работой компрессора.

Из диаграммы (фиг. 12, б) видно, что внутренняя работа и эквивалентная ей теплота соответствуют теплоте и работе изо-энтропного процесса с разностью температур, определяемой точками 2„ и О, являющейся вместе с тем разностью температур для политропного процесса:

следовательно.

In n(k~\) .

отх:юда /„ - Ш t, a приращение температуры в ступени компрессора равно

Таким образом, величина политропного к. п. д. определяется для каждого газа значением показателя политропы п и наоборот. Так, например, для неохлаждаемой ступени воздушного центробежного компрессора (k = 1,4, j- = 3,5 при часто встречающемся значении показателя политропы л = 1,56 получаются следующие величины:

и- 1

= 0,8.

Различные к. п. д. компрессоров имеют свое особое условное значение и характеризуют потери напора (гидравлические), потери массовые или объемные (утечки), работу внутреннего и наружного трения, а также потери из-за несовершенства процесса. Суммарно все эти потери характеризуются эффективным к. п. д. компрессора.

Изотермический к. п. д. применяют только для охлаждаемых машин, для которых изотермическая работа принимается идеальной. Характеристику степени совершенства работы неохлаждаемого компрессора (без учета потерь внешнего трения) дает политропнын или индикаторный к. п. д.

Иногда для охлаждаемых машин вводят также понятие абсо-Л1ОТНОГО адиабатного к. п. д., представляющего собой отношение работы адиабатного процесса к эффективной работе компрессора, о поскольку этот к. п. д. выполняет ту же роль, что и изотермический к. п. д., считаем возможным для охлаждаемых машин раничиться применением только изотермического к. п. д. В слу-применения этих к. п. д. следует учесть, что адиабатный аб-