3.3.2 Определение паспортного (исходного) кпд нагнетателя

Паспортный политропный КПД нагнетателя, как показано выше, является функцией приведенного расхода газа . Сложность выявления паспортного значения КПД заключается в определении производительности нагнетателя, что связано:

- с отсутствием замерного узла расхода газа на нагнетателе;

- с отсутствием датчиков перепада давления газа на входном конфузоре нагнетателя и достоверного значения коэффициента расхода газа через него;

- с невозможностью точного измерения эффективной мощности газотурбинного привода.

Поэтому выбор метода определения паспортного значения КПД нагнетателя зависит от объема исходной информации, необходимой для расчета производительности нагнетателя.

При наличии замерного узла (погрешность определения производительности ±1-2%) задача сводится к определению приведенного расхода, используемого в качестве аргумента при аппроксимации функции полиномом вида

. (3.31)

Как показывает практика, зависимость необходимо аппроксимировать полиномом не менее 4-го порядка, а значения постоянных коэффициентов должны определятся с точностью до 3-го знака для обеспечения приемлемой точности расчета.

При наличии датчика перепада давления газа на входном конфузоре производительность нагнетателя определяется как

(3.32)

где - коэффициент расхода; - перепад давления газа на входном конфузоре, кгс/см ; - плотность газа на входе, кг/м . Погрешность этого метода 5%.

При отсутствии прямого или косвенного измерения производительности следует использовать паспортную характеристику нагнетателя, при этом рабочая точка определяется приведенной относительной частотой вращения и степенью сжатия , однако точность определения производительности при этом очень низка (до 20%) из-за "расслоения" характеристики в эксплуатации.

При использовании обоих методов расчета фактического КПД нагнетателя для получения достоверных результатов необходимо производить измерения давления газа на входе и выходе нагнетателя образцовыми манометрами класса точности не ниже 0,4 и температуры газа с точностью 0,1-0,2 °С.

Ввиду относительной стабильности характеристики в эксплуатации коэффициент технического состояния нагнетателя по мощности можно принимать равным единице.

Пример 3.1. Определить техническое состояние нагнетателя типа 370-18-1, если режим его работы характеризуется следующими данными: давление газа на входе в нагнетатель = 6,03 МПа, давление газа на выходе нагнетателя = 7,4 МПа, температура газа на входе в нагнетатель = 30,2 °С, температура газа за нагнетателем = 49,1 °С, частота вращения силового вала = 4950 об/мин. Содержание метана в газе = 0,97.

1. Решение по первому способу

1. С использованием уравнения (3.12) определяем значение потенциальной функции ( ) для метана:

= (0,017 · 6,03+0,555) · 30,2-2,73 · 6,03+139,4 = 142,795 кДж/кг · МПа;

= (0,017 · 7,4+0,555) · 49,1-2,73 · 7,4+139,4 = 152,625 кДж/кг · МПа.

С использованием уравнения (3.15) определяем значение потенциальной функции ( ) для газа в целом:

= 142,795 · (1,49-0,49 · 0,97) =144,9кДж/кг · МПа;

= 152,625 · (1,49-0,49 · 0,97) = 154,86 кДж/кг · МПа;

= (144,9+154,86) / 2 =149,88 кДж/кг · МПа.

2. Потенциальная работа сжатия

= 149,88 · ln (7,4/6,03) = 149,88 · 0,204 = 30,575 кДж/кг.

3. Средние значения температуры и давления газа:

= (30,2+49,1)/2= 39,65 °С;

= (6,03+7,4) /2 = 6,715 МПа.

4. Средняя изобарная теплоемкость газа

= (0,37 + 0,63 · 0,97) · [(0,003-0,0009 · 6,03) · 39,65 +

0,11 · 6,03 + 2,08] = 2,9, кДж/кг · К.

3. По уравнению (3.13) определяем среднее значение комплекса

= (1,37-0,37 · 0,97)[(0,00012 · 49,1 - 0,0135 · 49,1 +

0,31) · 6,715 - 0,0463 · 49,1 + 11,19] = 10,772 кДж/кг · МПа.

3. По уравнению (3.18) определяем разность энтальпий газа

= 2,9 · 18,9 - 10,772 · 1,37 = 40,05 кДж/кг.

7. Политропный КПД нагнетателя

= 30,575/40,05 = 0,763.

II. Решение по второму способу

1. По соотношению (3.23) определяем показатель политропического процесса сжатия

2. По соотношениям (3.29) и (3.30) определяем критические параметры газа ( = 0,56):

=162,8 (0,613+0,56) = 190,96 К; = 1,59;

= (47,9-0,56)0,0981 = 4,644 МПа;

= 60,3/4,644 = 1,3.

3. По соотношению (3.25) определяем коэффициент сжимаемости газа по параметрам входа его в нагнетатель

4. По соотношению (3.27) определяем поправку на теплоемкость при постоянном давлении

· (0,41 + 0,02 · 1,3) = 0,843.

3. По уравнению (3.26) определяем показатель изоэнтропы в идеальном газовом состоянии

.

3. Вспомогательная функция определяется по уравнению (3.28)

7. По уравнению (3.24) определяем показатель изоэнтропы процесса сжатия

· (4,377 + 0,846 - 0,9 · 0,42 · 3,378) = 4,31.

8. Политропный КПД нагнетателя

= 3,378/4,31 = 0,78.

Ввиду отсутствия данных по замеру производительности нагнетателя для определения паспортного КПД используем альбомную характеристику и

= 7,4 / 6,03 = 1,227,

По характеристике для = 0,992 и = 1,227 определяем = 460 м /мин, = 0,855,

тогда коэффициенты технического состояния нагнетателя, соответственно по первому и второму методам расчета составят:

;