5.7. Коэффициент подачи и коэффициент производительности

компрессора

Количество газа, подаваемого во внешнюю сеть, измеряемый в м³/мин газа, в зависимости от начальных условий состояния (р_нач, Т_нач, φ_нач), которые являются переменными – величина переменная. Коэффициент подачи составит

(84)

где Q_под – объем свободного газа, подаваемого в сеть компрессором при давлении, температуре и влажности данного газа, м³/мин; Q_т – теоретическая производительность компрессора; v – объем, описываемый поршнем; n – частота вращения рабочего вала компрессора, об/мин, i – число действий за один оборот; z_ц – число цилиндров первой ступени компрессора.

Большим показателем качества работы поршневого компрессора является значение коэффициента полезного действия. Различают индикаторный (внутренний) и общий (эксплуатационный) КПД компрессора.

Индикаторный КПД характеризует степень совершенства проточной части машины при движении газа через фильтр, всасывающий патрубок и клапаны как всасывающие, так и нагнетательные, а также через нагнетательный патрубок до газосборника.

П ри рассмотрении теоретических циклов получены аналитические выражения для определения полезной работы компрессорного цикла и соответствующие им индикаторные диаграммы. В реальном компрессоре затраченная работа за один цикл работы определяется экспериментально с помощью индикатора и называется индикаторной работой. Принцип работы простейшего индикатора приведен на рис.22.

Снятая прибором действительная индикаторная диаграмма имеет линию всасывания, проходящую ниже давления первичного источника (например, для воздушного компрессора – ниже атмосферного), а линию выталкивания выше давления во внешних сетях. Дополнительная работа в процессе всасывания (рис.19) площадью 1-4-4'-1'-1 представляет аэродинамические потери при движении газа от фильтра до рабочей камеры компрессора, а дополнительная работа при выталкивании площадью 2-2'-3′-3-2 – аэродинамические потери при движении газа от рабочей камеры до газосборника. Площадь действительной индикаторной диаграммы 1-2-3-4-1 представляет собой полезную работу цикла L_п.

Индикаторная работа L_i определяется всей площадью диаграммы 1′-2'-3'-4′-1′.

Индикаторный КПД компрессора

(85)

Величины полезной работы L_п и затраченной в процессе компрессорного цикла L_i находятся планиметрированием соответствующих площадей снятой индикаторной диаграммы. Индикаторный КПД поршневого компрессора обычно равен 0,95- 0,85.

Следует обратить внимание, что аэродинамические потери в компрессоре не связаны с характером процесса сжатия.

Полезная работа определяется не только показателем процесса сжатия, но и с герметичностью рабочей камеры, влияющей на утечки через всасывающие клапаны и протечки через нагнетательные клапаны. На утечки требуется работа, а протечки вносят работу, поэтому определение баланса затруднительно, но это касается вопроса погрешности определения полезной работы. С учетом переменной величины показателя процесса сжатия и негерметичности рабочей камеры понятие полезной работы, затраченной в компрессоре, а также индикаторной работы и индикаторного КПД компрессора не меняются.

На практике полезную работу определить бывает достаточно трудно, так как часто заводы-изготовители не предусматривают возможности доступа в рабочую камеру для снятия индикаторных диаграмм. Без снятия индикаторных диаграмм неизвестны действительная полезная и индикаторная работа, поэтому невозможно определить действительный КПД компрессора. Поэтому следует принимать за полезную работу постоянную величину, одинаковую для всех компрессоров данного типа представляемую заводом-изготовителем. Наиболее целесообразно принять в качестве такой единицы удельную объемную полезную работу при изотермическом процессе сжатия, тем более, что она принята при оценке работы турбокомпрессоров. Отношение этой условной полезной работы к действительно затраченной, которую достаточно надежно измеряют многими способами, можно назвать изотермическим показателем энергетических затрат ψ_из. Такой показатель вполне приемлем и в практике эксплуатации существующих и при проектировании новых компрессоров. Однако он не может быть назван коэффициентом полезного действия, так как при одинаковом изотермическом показателе два компрессора могут иметь разную температуру газа на выходе, разный эквивалентный показатель процесса сжатия и, следовательно, разный индикаторный КПД, который, к сожалению, не можем определить опытным путем.

Мощность на валу компрессора расчетным путем через удельную массовую или объемную работу

, (86)

где Q_ц = Q_c/λ_т – секундная производительность при температуре в цилиндре в конце процесса всасывания; Q_c – производительность компрессора по паспорту (при первоначальной температуре свободного газа); λ_т – коэффициент, учитывающий повышение температуры в конце процесса всасывания; Σl_1кг, Σl1_м3 – суммарная удельная массовая или объемная работа в рабочих камерах при заданном эквивалентном показателе процесса сжатия; η_экспл= η_i η_мех – эксплуатационный КПД, как произведение индикаторного КПД и механического КПД.

Мощность на валу компрессора может быть определена по индикаторной диаграмме

, (87)

где n_с – число оборотов рабочего вала в секунду.