Понятие о внутреннем КПД турбокомпрессоров

Внутренний КПД турбокомпрессоров служит для оценки совершенства проточной части и качества преобразования энергии в ней.

В общем случае под КПД понимают отношения полезной работы к подведенной (затрачиваемой):

. (2.32)

В зависимости от того, что понимается под полезной и затраченной работами, получают различные виды КПД. В качестве затраченной работы в выражениях для внутреннего КПД всегда фигурирует внутренний напор h_i. Ниже приведена классификация различных видов внутреннего КПД.

Численные значения напоров (работ), которые входят в выражения для КПД могут быть определены через соответствующие площади на Т-S диаграмме.

 

Таблица 2.1

Классификация коэффициентов полезного действия

Внутренний КПД
По учету изменения кинетической энергии
По полным параметрам	По статическим параметрам
По виду полезной работы
Политропный hп	Адиабатный hад	Изотермный hиз

 

 

В соответствие с уравнением Бернулли

.

Произведем сравнение различных КПД по виду полезного напора.

1. Политропный КПД выражается соотношением:

. (2.33)

Политропный напор из формулы (2.29)

,

что соответствует пл. 122¢¢¢351 (рис. 2.8).

Затраченная работа (внутренний напор) без учета изменения кинетической энергии

,

произведя замену (нужно помнить, что для совершенного газа и ), получим

.

Подставим выражения для полезной и затраченной работ в формулу (2.33)

. (2.34)

Потеря напора на трение h_r в T-S диаграмме пропорциональна площади пл. 12651. Таким образом, политропный КПД на T-S диаграмме представляет собой отношение площадей:

.

Рис. 2.8. К определению политропного и адиабатного КПД

 

 

2. Адиабатный КПД определяетсяпо формуле

. (2.35)

Затраченная работа в адиабатном КПД такая же, как и в выражении для политропного КПД, а полезная работа (адиабатный напор) описывается формулой (2.30), тогда

, (2.36)

Через площади на T-S диаграмме

.

Из-за того, что в полезный напор политропного КПД в компрессоре входит дополнительная работа Δl (пл.122¢1), политропный КПД выше адиабатного (). Главное достоинство η_ад заключается в том, что его легко рассчитать, т.к. не нужно знать показатель политропы. Адиабатный и политропный КПД применяются для оценки качества преобразования энергии неохлаждаемых компрессоров, секций и ступеней.

 

3. Изотермный КПД

Изотермный КПД используется для охлаждаемых компрессоров и учитывает помимо потерь (включая потери в холодильниках) близость процесса сжатия к изотермическому:

. (2.37)

Полезная работа в изотермическом процессе h_из известна из формулы (2.31). Политропный напор, входящий в величину затраченной работы, рассчитывается по формуле (2.29), где показатель политропы n < k. Потери напора на трение h_r считаются такими же, как если бы процесс сжатия осуществлялся без охлаждения, т.е.

.

Изотермный КПД представляет собой соотношение площадей:

.

 

Рис. 2.9. К определению изотермного КПД

 

 

Для компрессорных машин всегда соблюдается соотношение между видами КПД .