Коэффициенты полезного действия

 

Эффективность работы компрессора, секции, ступени, рабочего колеса оценивается коэффициентами полезного действия, который в общем случае представляет собой отношение полезной работы (мощности) к затраченной работе (мощности). В зависимости от вида полезной и затраченной работы (мощности) различают различные виды КПД, их классификация приведена на рис. 7.29.

По виду полезной работы КПД компрессора, секции, ступени, колеса, делятся на адиабатный (изоэнтропный), изотермный, политропный с учетом или без учета динамического напора.

 

КПД секции (компрессора)

Оценку совершенства работы турбокомпрессоров обычно ведут с помощью трех групп КПД:

- внутренний КПД (η_i) – для оценки внутренних потерь в компрессоре;

- внешний КПД (η_мех, η_ут, η_всп) – для оценки внешних потерь в компрессоре;

- эффективный КПД (η_е) – для оценки внешних и внутренних потерь.

Рис. 7.29. Классификация КПД

Внутренние КПД

Общие формулы для внутреннего КПД по полным и статическим параметрам

; .

Для стационарных компрессоров и секций скорости в начальном и конечном сечениях (во всасывающем и нагнетательном патрубках) одинаковы
С_н ≈ С_к, поэтому Н_д ≈ 0 и .

Внутренняя мощность - это мощность, передаваемая потоку газа от ротора. Величина внутреннего напора компрессора (секции) согласно уравнению Бернулли

,

с учетом того что , , :

. (7.36)

Адиабатный (изоэнтропный) КПД

; ,

адиабатный напор с учетом динамического напора

. (7.37)

 

Используя формулы (7.36) и (7.37), получим:

- по статическим параметрам ;

- по полным параметрам ,

где , .

 

Политропный КПД

; ,

политропный напор с учетом динамического напора

, (7.38)

используя (7.36) и (7.38) получим

,

политропный КПД по статическим параметрам

.

Политропный и адиабатный КПД обычно используются для секций неохлаждаемых компрессоров и ступеней.

 

Изотермический (изотермный) КПД

; ,

изотермический напор с учетом динамического напора

(7.39)

из (7.39) и (7.36) находим

,

изотермный КПД по статическим параметрам

.

Изотермный КПД используется для охлаждаемых компрессоров.

 

Внешние КПД

В соответствие с указанными тремя (рис. 7.26) видами внешних потерь, различают три вида внешних КПД компрессора:

- механический КПД, которым учитывается потери мощности на трение

в подшипниках

, (η _мех ≈ 0,95 – 0,99),

где - мощность, подведенная к валу компрессора;

- коэффициент утечек (герметичности)

, (η _ут ≈ 0,96 – 0,97);

- коэффициент вспомогательных механизмов

, (η _всп ≈ 0,99),

где - мощность на валу с учетом мощности, затрачиваемой на привод вспомогательных механизмов (маслонасос, насос охлаждающей воды).

 

Эффективный КПД компрессора

.

 

КПД ступени и рабочего колеса

Внутренний КПД

Также как и при оценки эффективности компрессора, оценка совершенства проточной части ступени и рабочего производится с помощью адиабатного или политропного КПД. Изотермный КПД как правило не используется, поскольку ступени с внутренним охлаждением достаточно редко встречаются в промышленности.

Общее выражение для внутреннего КПД ступени с учетом и без учета динамического напора

; ,

для ступеней стационарных компрессоров также динамическим напором можно пренебречь, поскольку при проектировании обычно закладывают С ₀≈ С ₆, в таком случае .

Для рабочего колеса

 

; ,

здесь уже нельзя пренебрегать кинетической энергией, поскольку С ₂>> C ₀.

Гидравлический КПД

; .

 

В качестве затраченного напора в гидравлическом КПД фигурирует теоретический напор. Этот КПД определяет совершенство проточной части и в отличие от внутреннего КПД не учитывает потери напора на дисковое трение и протечки. Этот КПД называют еще «лопаточным» (из терминологии, принятой в насосах), т.к. он учитывает потери, связанные с обтеканием лопаток.

Лопаточный (гидравлический) КПД имеет применение только для отдельных ступеней.

Всегда , т.к. и .

Примерный уровень КПД современных компрессоров и их элементов показан в табл. 7.1.

 

Таблица 7.1

Рабочее колесо	Ступень	Компрессоры
		стационарные авиационные для надува ДВС

 

8. Газодинамические характеристики компрессорных машин
динамического действия