Характеристики центробежных нагнетателей

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 8Следующая ⇒

Работа компрессоров характеризуется определенной совокупностью технологических параметров, которая при равновесном режиме образует статическую характеристику компрессора. К этой совокупности параметров относятся давления и температуры газа на входе и выходе компрессора. Объемная или массовая производительность, потребляемая мощность, КПД. Обычно характеристики изображают в виде графиков, которые характеризуют не только расчетный режим работы компрессоров, но и всю совокупность технологических параметров при переменных режимах работы.

Определенные опытным путем характеристики позволяют судить о соответствии расчетных и действительных параметров работы и степени совершенства компрессора. Построение характеристик осуществляется по определенным методикам. При снятии характеристик на испытательном стенде можно осуществить прямое изменение мощности на валу компрессора и можно измерить производительность (объемную или массовую) с помощью измерительных устройств. Способ представления характеристик выбирают из условия минимума числа операций по их пересчету при отклонении параметров работы компрессора от номинальных значений.

Проведенный комплекс измерений параметров при испытаниях компрессора позволяет непосредственно построить зависимости ε =ε (Q, n) и η _ПОЛ= η _ПОЛ(Q, n) которые имеют наиболее простой вид и, располагая которыми, можно определить все параметры, характеризующие работу компрессора (давление выхода, коммерческую производительность, потребляемую мощность и др.).

Обычно характеристики изображаются в виде графиков, типичный вид которых изображен на рис. 9.6.

На рисунке изображены зависимости степени повышения давления ε и политропического КПД η _ПОЛ от объемной производительности Q при различных частотах вращения n. Из графиков видно, что максимальный КПД достигается при определенном значении производительности, величина которой возрастает при возрастании частоты вращения.

Зона возможных режимов работы компрессора ограничена линиями изодром (линиями постоянной скорости вращения ротора компрессора n=const) ac и bd, а так же линиями ab и cd. Изодрома bd ограничивает максимальную частоту вращения исходя из условий динамической устойчивости привода. Линия cd определяет границу неэффективной работы компрессора. Особое значение имеет линия ab, отделяющая зону эффективной работы компрессора от зоны неустойчивой работы и называемой границей помпажа. Работы компрессора левее границы помпажа характеризуется большими пульсациями газа, вызывающими чрезмерное возрастание напряжений в деталях ротора и подшипников, что может привести к тяжелым авариям. Поэтому работа компрессора в области помпажа недопустима даже кратковременно. Линия границы помпажа для каждой частоты вращения определяется значением производительности, левее которой находится зона неустойчивой работы, при этом, чем выше частота вращения, тем выше граничное значение производительности.

Рис. 9.6. Типичные характеристики центробежного компрессора

Изображенные характеристики носят название нормальных, но они обладают существенным недостатком, т.к. они справедливы только для тех условий (состав газа, температура и давление), при которых их определяли. При изменении этих условий необходимо иметь уже другие характеристики, соответствующие изменившимся условиям. Для устранения этих недостатков применяют универсальныехарактеристики, которые могут быть как приведенными, так и безразмерными.

На основе теории подобия зависимость между размерными параметрами можно сократить количество параметров в характеристиках. При изучении процессов течения газа в компрессорах выделяют два определяющих критерия подобия:

Коэффициент расхода

(9.13)

Число Маха

(9.14)

где - скорость звука.

Поскольку в газовых компрессорах зона течения газов находятся в области автомодельности, где числа Re настолько велики, что их влияние на характеристики можно пренебречь, то для термодинамического определения процессов сжатия достаточно этих двух критериев.

Требование поддержания постоянными в геометрически подобных машинах критериев φ _r₂ и М равносильно подобию треугольников скоростей в проточной части и, как следствие, сохранению значения КПД. Режимы, при которых эти требования выполняются, называются подобными.

Число М лучше всего подсчитывать по окружной скорости U₂, а скорость звука относить к параметрам входа в компрессор. Используя критерии подобия, установим связь между размерными параметрами для компрессоров одного размера:

или

Учитывая, что можно установить зависимость между объемной производительностью Q частотой вращения:

Используя критерий М=const, можно установить зависимость, используя выражение:

(9.15)

(9.16)

Учитывая, что U₂ пропорционально n для одного и того же агрегата, окончательно получаем приведенную частоту вращения:

(9.17)

Иногда вводятся относительные приведенные обороты, относя их к номинальным n_H:

(9.18)

Из последнего выражения следует, что значение тоже может служить критерием подобия.

Комплексы и одинаковы у всех геометрически подобных машин при условии подобия режимов работы. Следовательно, если построить зависимости , то они окажутся одинаковыми для всех подобных машин, т.е. используя эти соотношения можно все характеристики свести к одной безразмерной характеристике.

На практике при построении безразмерных характеристик вводят вместо комплекса комплекс , называемый условным коэффициентом расхода. Введя вместо комплекса комплекс и обозначив его , называемым коэффициентом политропического напора, можно построить зависимость , которая будет изображаться кривой. Зависимость политропического КПД , также будет изображаться одной кривой. Типичный вид таких характеристик изображен на рис. 9.7.

Рис. 9.7. Типичный вид безразмерных характеристик центробежного компрессора

Характеристики компрессоров более удобно изображать в приведенных координатах, которые, как и безразмерные, не зависят от начальных параметров газа. Такие характеристики являются размерными и поэтому более удобны в практике инженерных расчетов. Приведенные характеристики пропорциональны соответствующим безразмерным характеристикам и при соответствующем выборе масштабов совпадают.

ВНИИГАЗом для всех типов центробежных компрессоров, используемых для перекачки газа, разработаны приведенные характеристики, учитывающие химический состав газа с газовой постоянной R, коэффициент сжимаемости z и начальную температуру Т_Н. Они представляют собой зависимости приведенной степени повышения давления ε _ПР, политропического КПД η _ПОЛ, приведенной относительно внутренней мощности от Q. Параметрами приведения выбраны определенные стандартные значения Т_Н, R и Z, например [Т_Н]=293 K; Z_ПР=0, 91; R_ПР=510 кДж/кг∙ К, но возможны их другие значения.

Используя критерии подобия, определим следующие соотношения

и приведенная внутренняя мощность

Значению относительных приведенных оборотов будет соответствовать значение приведенной степени повышения давления ε _ПР.

Рис. 9.8 Приведенные характеристики центробежного компрессора

Если ввести преобразование координат, отложив по оси абсцисс значения по оси ординат ε _ПР, η _ПОЛ и , то приведенные характеристики будут иметь одну независимую переменную Q_ПР.

Графически приведенные характеристики имеют вид, изображенный на рис. 9.8.

По сравнению с натуральными характеристиками приведенные характеристики изображаются единственными кривыми , , .

Граница помпажа находится при некотором единственном значении Q_ПР, политропический КПД η _ПОЛ достигает своего максимального значения при оптимальном номинальном значении Q_ПР зависимость получается при и изображается также одной кривой и величину ε _ПР можно пересчитать на другие значения приведенной частоты вращения, воспользовавшись следующим соотношением:

или

откуда производя преобразования, окончательно получаем:

(9.19)

На рис. 9.8 изображено семейство характеристик ε =f(Q_ПР), расcчитаных по формуле (9.19) при различных значениях приведенных относительных оборотов. Аналогичным образом могут быть построены характеристики в зависимости от коммерческой производительности при допущении постоянного давления на входе или на выходе компрессора.

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 Следующая ⇒