Поршневые компрессоры, устанавливаемые на воздушные компрессорные станции промышленных предприятий, страница 3

Т_вх - абсолютная температура воздуха на входе в ступень компрессора, К

(обычно для первой ступени ее принимают равной температуре атмосферного воздуха);

R - газовая постоянная воздуха (0,287 кДж/(кг-К);

n_c - показатель политропы процесса сжатия.

Массовый расход воздуха связан с объемной производительностью компрес­сора по условиям всасывания (по условиям входа в компрессор), выраженной в м^мин соотношением:

G = r_вх* Q / 60

G= 1.193-25/60=0.4971

где   r_вх - плотность воздуха на входе в компрессор, обычно принимаемая равной плотности атмосферного воздуха.

Показатель политропы процесса сжатия определяется типом компрессора и условиями охлаждения. Для поршневых компрессоров с водяным охлаждением n_c = 1,33 - 1,35, с воздушным 1,37 - 1,39.

h_из,ст1 =

N_из,ст1 = 0.4971 • 0.287 • 295 • 1.129 =47.52 [кВт]

N_i,ст1 = 47.52/0.8632= 55.05 [кВт].

То же для II ступени:

h_из,стII ==0.855

N_из,стII  = 0.4971 • 0.287 • 303 • 1.129 = 48.80 [кВт]

N_i.ст.II =48,80/0.855= 57.08 [кВт].

Эффективная мощность многоступенчатого компрессора, т.е. мощность кото­рую необходимо подвести к его валу:

N_c=S

где   Z - число ступеней повышения давления, связанных общим валом;

h_мех - механический КПД, учитывающий потери трения и мощность привода вспомогательных механизмов (например, насоса системы смазки).

Значения механического КПД для поршневых крейцкопфных угловых компрессоров

h_мех  лежит в пределах 0,90 - 0,95.

Nс= (55.05+57.08)/0.95 =118.0 [кВт]

Мощность приводного двигателя рассчитывается по формуле:

N_прив = c • Nс / h_пер

где   c - коэффициент» запаса мощности (1,05 - 1,15);

h_пер - КПД передачи от вала компрессора к валу приводного двигателя (для клиноременных передач 0,95 - 0,97).

N_прив  = 1.1 • 118.0/0.95=136.6 [кВт]

Удельный расход энергии на получение сжатого воздуха в компрессоре в кВт/(м³/ мин).

Е = N_прив / Q

Е= 136,6/25 =5.464 [кВт/(м³/мин)]

Тепловой расчёт компрессорной установки.

Система обеспечивает охлаждение воздуха в процессе его сжатия в цилинд­рах компрессора, в промежуточных и концевом охладителях, а также масла системы смазки. Для установок компрессорных станции промышленных предприятий ис­пользуют водяные, системы охлаждения.

Количество воды, требуемое для работы системы охлаждения, определяется тепловым балансом компрессорной установки:

Q_В = S G_в * с_в * Dt = S G_в * с_в *(t₁ - t₂) = S Q_сж + S Q_охл + Q_м

где   q_в - теплота, отводимая охлаждающей водой при сжатии воздуха в компрес­соре, в промежуточных и концевом охладителях воздуха, в охладителе масла, кВт;

g_в - расход воды для соответствующего элемента системы охлаждения, кг/с;

с_в - теплоемкость воды, кДжУ(кг-К);

Dt- нагрев воды, К;

t_1;t₂- температура воды на входе в соответствующий элемент охлаждения и

на выходе из него, °С;

Q_сж ; Q_охл ; Q_м - теплота, отводимая соответственно при сжатии воздуха в од­ной ступени компрессора, в промежуточных и концевом охладителях воздуха и охладителе масла, кВт;

Нагрев охлаждающей воды устанавливают по условиям экономичной работы в соответствии с вариантом водоснабжения станции: для охлаждения воздуха в ком­прессоре (в процессе сжатия) Dt = (5 - 10) К; для охладителей воздуха и масла (15 -20) К. Максимальное значение температуры воды на входе в систему принимают по данным самого теплого месяца в году, стандартную температуру на входе считают равной 15°С; температуру на выходе, ограничивают величиной 35 - 40 °С т.к. при более высокой температуре и повышенной жесткости воды будет происходить вы­деление солей, и их отложение в виде накипи на теплопередающей поверхности.

Теплота, отводимая при сжатии в одной ступени повышения давления;

Qсж ⁼ G * c_mв *  Dt_сж

Q_сжI = 0.4971 *0.1261 *97.90 = 6,173 [кВт]

Q_сжII = 0.4971 • 0.1261 • 107.98 = 6.769 [кВт]

где   G - массовый расход воздуха через компрессор, кг/с;

c_mв - средняя теплоемкость воздуха в процессе сжатия; кДж/(кг*К);

Dt_сж - изменение температуры воздуха в процессе сжатия, К.

с_mв =

с_mв =[кДж/кг*К]

где   с_рв - средняя теплоемкость воздуха при постоянном давлении,  кДж/кг*К

k - показатель адиабаты для воздуха;

n_c - показатель политропы процесса сжатия.

Dt_сж = Т_вх*(b_ст^(nc-1)/nc-1)

Dt_сжI = 295*(3.094^0.2537-1)=97.90 [K]

Dt_сжII = 303 • (3.325⁰²⁵³⁷ - 1) = 107.98 [K]

где   Твх - абсолютная температура воздуха на входе в ступень, К;

b_ст - степень повышения давления в ступени.

Теплота, отводимая от воздуха в промежуточном или концевом охладителе складывается из, теплоты охлаждения сухого воздуха, и теплоты охлаждения, также частичной конденсации водяного пара.

Оохл = Q₁ + Q₂

Q_охл= 44.69+6.108 =50.80 [кВт]

Q₁ = G • с_pв (t₁ –t₂)

Q₁ = 0.4971 • 1 • (392.9 - 303) = 44.69 [кВт]

Q₂ = G [c_pп (X₁ • t₁ – X₂ • t₂) + (q - с_pв  • t₂) (X₁ – X₂)]

Q₂= 0.4971 • [1.88 •(0.01265- 119.9-0.008633 • 30) + (2500 - 1 • 30) • 0.01265 --0,008633)] =6.108 [кВт]

 где   t₁; t₂ - температуры воздуха на входе в охладитель и на выходе из него, °С;

Срв; Срп - средняя теплоемкость при постоянном давлении сухого воздуха и водяного пара, кДж/(кг-К) (С_рп = 1,88);

X₁; X₂ - абсолютная влажность воздуха на входе в охладитель и на выходе из него, кг/кг;

q - удельная теплота парообразования водяного пара при 0°С (2500 кДж/кг).

Абсолютная влажность воздуха

X₁ =

X₁ = =0,01265

X₂ =

X₂ = =0.008633

где   Re; Rn - газовая постоянная сухого воздуха и насыщенного пара,

соответст­венной 287 и 462 Дж/(кг-К);

p_нп1; р_пн2 - давление насыщенного водяного пара при температуре на входе в ступень компрессора и на выходе из охладителя, МПа (значения рнп1 и рнп2 определяются по таблицам водяного пара);

ро; р - абсолютное давление воздуха на входе в ступень и в охладителе, МПа;

j - относительная влажность воздуха на входе в ступень компрессора. Значение абсолютной влажности воздуха соответствует конденсации пара в охладителе при отсутствии конденсации Х₂ = X₁

Аналогичным образом подсчитываем количество теплоты, отводимое в кон­цевом охладителе:

Q_охл= 45.29+7.552 =52.84 [кВт]

Q₁ = 0.4971 • 1 • (399.1 - 308) = 45.29 [кВт]

Q₂=0.4971 .[1.88 •(0.0111 • 126.1 - 0.005848 • 35) + (2500 - 1 .35)-0.0111--0.005848)] =7.552 [кВт]

287              4241 • 0.75

x₁ = ———— • ——————————— = 0.0111

                                                  462           0.2908-10⁶-4241