6.1.3 Коэффициенты полезного действия компрессоров

Эффективность компрессоров нельзя оценивать значением обычного энергетического КПД, представляющего собой соотношение энергии, приобретаемой газом, к энергии, затрачиваемой на проведение компрессорного процесса.

По (6.17) при условии удельная энергия, приобретаемая газом в компрессорном процессе,, гдеq – количество теплоты, уходящее в окружающее пространство вследствие охлаждения компрессора.

Следовательно, энергетический КПД компрессорного процесса

(6.22)

Применяя полученное выражение к изотермическому процессу с (рис.6.5) получаем.

Но из всех возможных типов компрессорных процессов наименьшей затратой энергии требует изотермический процесс, являющийся самым выгодным по затратам энергии. При оценке по (6.22) изотермический процесс крайне невыгоден.

В чем причина парадокса?

При изотермическом компрессорном процессе , и следовательно, энтальпия газа как мера его энергии остается постоянной. Однако при сохранении значения энтальпии компрессорный процесс переводит газ на новый потенциальный уровень , соответствующий более высокому давлениюи тем представляет газу возможность совершить работу при расширении до начального давления.

Следовательно, оценивать энергию, получаемую газом в компрессорном процессе, изменением его энтальпии не имеет смысла. Потому что при сохранении постоянства энтальпии способность газа производить работу возрастает. Отсюда вытекает недопустимость оценки совершенства компрессора значением энергетического КПД. Совершенство компрессорного процесса оценивают при помощи относительных термодинамических КПД – изотермического и изоэнтропийного.

Если действительный политропный процесс протекает в компрессоре с показателем п при удельной энергии L , то изотермический и изоэнтропийный КПД

(6.23)

(6.24)

Здесь и- удельные энергии изотермического и изоэнтропийного процессов, определяемые по формулам (6.13) и (6.15).

Изотермический КПД применяют для оценки компрессоров с интенсивно действующим водяным охлаждением (поршневых и роторных). Для этих компрессоров изотермический процесс, обладающий наименьшей удельной энергией, является эталонным.

Компрессоры с неинтенсивным охлаждением (центробежные и осевые) оцениваются при помощи изоэнтропийного КПД . Для компрессоров этого типа изоэнтропийный процесс является эталонным, наиболее совершенным.

Установим основные, важные в расчётной практике соотношения, связывающие относительный изоэнтропийный КПД с термодинамическими параметрами торможения процесса.

Из формул (6.1) и (6.10) следует

.

Действительный процесс является политропным, и для него формулу (6.17) можно записать в параметрах торможения при условии q=0 так:

. (6.25)

Из этих соотношений следует

. (6.26)

Формула для расчёта относительного изотермического КПД для оценки объемных одноступенчатых компрессоров с интенсивным охлаждением получается из (6.15) и (6.23):

. (6.27).