ХАРАКТЕРИСТИКИ ОДНОСТУПЕНЧАТОГО КОМПРЕССОРА

Многие компрессоры предназначены для работы при постоянных давлениях всасывания и нагнетания. Но существуют области применения, в которых машины должны быть приспособлены к изменению давлений – закономерного, когда компрессоры предназначаются для работы в нескольких различных режимах с переходом от одних к другим, или же являющегося следствием нарушений в работе аппаратов и трубопроводов (засорения и т. п.) включённых в газовую сеть.

Во всех случаях важно, чтобы машины могли выполнять свои функции при ограничениях в располагаемой мощности, максимальном крутящем моменте, допускаемой нагрузке на поршневой шток и допускаемой конечной температуре. Для расчёта загрузки машины по различным показателям, так же как и в других проточных машинах, служат характеристики.

Выбор системы координат зависит от условий перекачивания газа и целей расчёта. Графики строят по результатам испытания компрессора на газе определённого состава. При отсутствии опытных данных используют теоретические формулы.

Характер кривых зависимостей и N_инд.уд от ε показан на примерах (рис. 15.4 и 15.7, а). Теоретическую кривую мощности компрессора при перекачивании идеального газа можно построить по приведенным выше формулам, представленным в следующем виде:

или , (15.18)

где

или ;

; .

При постоянном начальном давлении форма кривой мощности определяется функцией f_н (рис. 15.8, а), а когда p_к =idem, - функцией f_к (рис 15.8, б, в). Линии A – A и B – B на графиках являются геометрическим местом максимумов мощности при различных значениях клиренса¹.

 

 

 

 

 

Рис. 15.8. Исходные графики для построения теоретических

кривых мощности

 

Теоретические экстремальные значения ε_э при постоянном значении η_ад.и определяют по трансцендентным уравнениям, получаемым из условий или . В частном случае.

 

___________

¹ В цилиндрах двустороннего действия допустимо использовать арифметическое среднее клиренсов обеих (штоковой и бесштоковой) камер.

При a = 0 функция f_к максимальна при ε_э = , тогда как f_н максимума не имеет.

Если при расчёте мощности учитывать изменение η_ад.и в зависимости от ε, то положение и значение максимума кривой мощности изменяются.

Работа компрессора в режиме максимума мощности A характерна тем, что при любом изменении конечного давления мощность компрессора снижается. Аналогично при работе в режиме B любое изменение p_н разгружает машину. Поэтому при частых изменениях давления на входе или на выходе компрессора ограниченной мощности, работающем без постоянного обслуживания, во избежание перегрузки машины желательно, чтобы машина действовала в указанных режимах.

Поскольку с увеличением клиренса значения ε с максимумами функций f_н и f_к сближаются (см. рис. 15.8, а и б), то при одновременном изменении начального и конечного давлений с этой точки зрения выгодно применять компрессор с большим клиренсом.

На рис. 15.9 даны опытные характеристики (загрузочные кривые) газомотокомпрессора при постоянных значениях конечного давления и постоянной частоте вращения (5,5 об / с). График позволяет для любого значения начального давления выбрать клиренс, необходимый для загрузки компрессора на располагаемую мощность 1,47 МВт. Цифрами обозначены шифры ступенчатой настройки регуляторов с определённым клиренсом. Кривые, отрезки которых составляют пилообразный график мощности, по форме соответствуют рис. 15.8, в.

Диаграмма на рис. 15.10 более удобна в том отношении, что позволяет производить тот же расчёт при любых (в заданном диапазоне) конечном и начальном давлениях. График составлен по данным испытания ВНИИГазом и заводом «Двигатель Революции» газомотокомпрессора МК-8 на газе, содержащим не менее 90 % метана и не более 5 % этана. Семейство параболических кривых по номограмме аналогично графику рис.15.8, а, а правая часть графика служит для умножения на p_н величины, полученной в левой части, и для корректировки номинальной мощности N_ном (при 300 об / мин) по фактической частоте вращения вала. Пунктиром показан пример использования графика для определения мощности, снимаемой с вала машины, и объёмного расхода газа на входе компрессора. Шифр «2РПЗ» означает, что закрыты две из восьми подключаемых полостей мёртвого пространства.

 

 

 

Рис. 15.10. Комбинированный график для определения

объёмного расхода газа на входе и мощности

газомотокомпрессора МК – 8

Н а д и а г р а м м е в к о о р д и н а т а х p_н, p_к линии равных ε представлены лучами, исходящими из начала координат. На биссектрисе прямого угла расположены точки, соответствующие режимам сжатия при ε = 1, а на оси ординат – режиму с бесконечно большим ε. Достоинство диаграммы в том, что варианты сочетаний p_н и p_к, диктуемые технологическим процессом, можно сравнить на диаграмме с предельными характеристиками компрессора.

Кривая изомощности для одной частоты вращения вала при постоянном клиренсе (рис. 15.11, а) разделяет области режимов перегрузки и режимов неполного использования номинальной мощности. Точками A и B отмечены те же режимы, что и на рис. 15.8. При построении теоретических кривых изомощности с постоянным адиабатическим КПД в отсутствии утечек газа все точки A (или B) находятся на одном луче (на рис. 15.11, а – соответственно на лучах ε = 5,75 и ε = 2,40); в действительности линии A – A и B – B в координатах p_н, p_к не прямые.

Влияние клиренса на положение кривой изомощности (в данном примере 295 кВт) показано на рис. 15.11, б. Наглядно видно, что увеличению клиренса отвечает более высокий уровень давлений на входе и выходе и что при этом точки A и B сближаются.

 

 

Рис. 18.11. Графики мощности и объёмного расхода газа на входе

поршневого компрессора:

а – линии изомощностей при постоянном клиренсе; б – линии изомощности

при переменном клиренсе; в – линии равной объёмной подачи ;

г – комбинированный график с предельными показателями для

газомотокомпрессора МК – 8 (пунктиром проведены линии подачи

= 100 тыс. м³ / ч)

 

 

С увеличением частоты вращения вала кривые изомощности смещаются к началу координат, т. е. при заданной мощности любого компрессора большим значениям соответствуют пониженные уровни давлений и, наоборот, с повышением давлений (при равных ε) объёмный расход газа на входе снижается. На диаграмме p_н, p_к, кроме линий мощности, в качестве предельных характеристик можно нанести также линии объёмной подачи, допускаемой нагрузки на поршневой шток и температурного предела.

Если в формулу объёмной подачи в отсутствии утечек

в левую часть подставить потребную подачу, то для заданного клиренса изолинии подачи в тех же координатах представляются почти прямыми (рис. 15.11, в). Для больших подач аналогичные характеристики изображаются линиями, параллельными представленной на графике и смещёнными в сторону увеличения p_н.

Усилие в поршневом штоке

,

где F, f – площади поршня и штока. При заданном R это выражение также представляется прямой.

Конечная температура , откуда , т. е. линия постоянной конечной температуры – прямая.

Если нанести полученные линии на общий график, то можно определить зону возможных режимов сжатия для данной машины при выбранных значениях частоты вращения вала и клиренса.

На рис. 15.11, г показан комбинированный график с указанными линиями характеристик, построенными по данным рис.15.10. Пунктиром нанесены линии объёмной подачи = 100 тыс. м³ / ч для трёх значений клиренса.