Анализ работы компрессорных установок (стр. 2 из 9)
, (1.2)где Низ - изотермная удельная работа, Нохл - действительная удельная работа многоступенчатого сжатия, а Низ вычисляется при температуре всасывания Твс по формуле
(1.3)Процесс многоступенчатого сжатия с охлаждением в виде пилообразной линии в T,S - диаграмме на рис. 1.1. состоит из равновесных процессов, изоэнтропного сжатия и охлаждения до температуры окружающей среды при постоянном давлении. В реальных ступенях компрессора конечные скорости сжатия делают процесс неравновесным: возникают трение, вихревые и волновые явления. Часть энергии, подводимой к газу, из-за этого рассеивается и переходит в теплоту.
Отклонение реальных процессов от идеальных показано на рис. 1.2.
Рис.1.2. Процесс политропного сжатия с реальным охлаждением в Т, S – диаграмме
Для достаточно полной передачи теплоты от охлаждаемого газа к окружающей среде (в пределе до точки 3' на рис. 1.2.) без затрат энергии потребовались бы бесконечно большие газоохладители. Разумное ограничение размеров аппаратов приводи к необходимости форсировать режимы теплообмена: создавать конечные разности температур между теплоносителями по всей длине тракта, тратить энергию на преодоление гидравлических сопротивлений. Фактически, охлаждение закончится не в точке 3', а в точке 3 при сохранении отношения давлений 1-й секции
и конечного давления Р2 (рис. 1.2.) работу сжатия второй секции придётся увеличить как за счёт падения начального давления от Р1 до Р0 , так и за счёт повышения начальной температуры сжатия от То до Т1. Выделим ту часть суммарного увеличения работы сжатия, которая непосредственно связанна с неравновесностью процесса охлаждения. С этой целью представим удельную работу многосекционного компрессора в виде 
, (1.4)где
- недоохлаждение газа до температуры окружающей среды ТО в аппарате, стоящем перед i-й секцией; 
- начальное и конечное давление в i-й секции; 
- потеря давления в аппарате перед i-й секцией; 
, где 
- политропный КПД i-й секции.Используя разложение по малому параметру
в линейном приближении, можно упростить выражение (1.4) 
, (1.5)где
- отношение давлений секции по сечениям входа и выхода, 
- относительные потери давления. Потери, связанные с работой газоохладителей, логично оценить отношением работ компрессора с реальными и идеальными аппаратами. Под идеальными будем понимать аппараты, охлаждающие газ до температуры окружающей среды = 0и не имеющие гидравлических потерь =0. Работа компрессора с идеальными охладителями при прочих равных условиях минимальна.
(1.6)Потери, связанные с не идеальностью газоохладителей, обозначим через
называют коэффициентом приведенных потерь охлаждения.Для охлаждаемого многоступенчатого компрессора
(1.7)
Коэффициент приведенных потерь охлаждения компрессора для выпускаемых ныне машин лежит в диапазоне
. Коэффициенты приведенных потерь охлаждения i-й секции 
имеют более широкий диапазон: =1.01-1.12 [1].Выражения (1.3) - (1.7) позволяют представить изотермный КПД компрессора (1.2) в виде
(1.8)Сомножитель
в выражении (1.8) появляется из-за того, что изотермнуюработу [см. формулу (1.3)] принято определять по температуре всасывания, тогда как минимальная работа компрессора с идеальными охладителями [см. формулу (1.6)] определена по температуре окружающей среды. В общем случае
Если все секции одинаковы, т.е.
и 
, то
, (1.9)Умножая числитель и знаменатель на
и вводя обозначение 
преобразуем (1.9.) к виду 
(1.10)Из формулы (1.10) видно влияние на
различных факторов:· числа промежуточных охлаждений n
· КПД процесса сжатия
· коэффициента приведенных потерь охлаждения
При устремлении числа охлаждений к бесконечности n
, z 
и выражение (1.10) имеет своим пределом величину 
, (1.11)которая для идеальной системы охлаждения (
) становится равной 
Для иллюстрации соотношения экономии энергий от введения охлаждения и потерь, связанных с организацией, используют величину:
, (1.12)где
- удельная работа неохлаждаемого компрессора, в котором значение 
принято как среднее по отдельным секциям.Полагая секции одинаковыми и используя обозначения (1.10), приведём (1.12) к виду
(1.13)1.2 Технико - экономический критерий эффективности охлаждения
Термодинамический анализ позволил выявить влияние системы охлаждения на энергетическое совершенство компрессорной установки. Предельные возможности повышения термодинамической эффективности компрессора с реальными газоохладителями определены выражением (1.11)
В термодинамическом анализе, естественно, отсутствовала информация о том, как поведут себя величины
и с увеличением числа охлаждений. Однако проектировщиков систем охлаждения в конечном счёте интересует не только термодинамическая эффективность процесса сжатия газа, сколько сумма материальных затрат, необходимых для реализации рассматриваемого процесса в условиях конкретного способа производства и эксплуатации компрессорной установки. Ясно, что полученная при n 
maxэкономия энергии, расходуемой на процесс сжатия, будет достигнута ценой роста затрат на изготовление большого числа крупных теплообменных аппаратов, на их транспортировку, обвязку трубопроводами, размещение на дополнительных производственных площадях, увеличение числа контрольно — измерительной аппаратуры, средств автоматики и т.д.Поэтому в своём стремлении повысить термодинамическое совершенство компрессорной установки проектировщик оказывается поставленным перед необходимостью соизмерять получаемую при этом выгоду с ценой, которую приходится за неё платить. Иными словами, решающее слово при выборе варианта системы и степени её приближения к термодинамическому идеалу остаётся всегда за комплексно-экономическим анализом. Проведение такого анализа может быть выполнено на основе применяемого в настоящее время универсального технико-экономического критерия, известного в литературе под названием «приведенные затраты».