Как рассчитывается КПД воздушного компрессора?

Концепция расчёта КПД воздушного компрессора

Коэффициент полезного действия воздушного компрессора обычно не выражается одним единственным значением; вместо этого для каждого конкретного применения выбирается соответствующий показатель. Среди распространённых методов оценки — сравнение теоретической мощности сжатия с фактической потребляемой мощностью, измерение удельной мощности, затрачиваемой на единицу объёма выпускаемого воздуха, а также оценка отклонения между фактическим и теоретическим объёмом вытеснения. Перед проведением расчётов необходимо чётко определить давление, расход воздуха, мощность, температуру и режим работы; в противном случае результаты могут быть искажены.

Обычно используемые показатели эффективности

• Изотермический КПД:Используется для оценки степени близости процесса сжатия к идеальному адиабатическому сжатию.
• Объёмный КПД:Используется для оценки разницы между фактическим и теоретическим объёмом выпуска.
• Удельная мощность:Показатель, используемый для оценки мощности, потребляемой на единицу объёма выпускаемых газов, является распространённым индикатором при оценке энергоэффективности воздушных компрессоров.
• Эффективность утилизации тепла:Используется для оценки доли эффективно используемой сжатой тепловой энергии.

Как рассчитывается изоэнтропийный КПД?

Изотермический КПД можно трактовать как отношение теоретической изотермической мощности сжатия к фактической валовой мощности или входной мощности. Основное выражение:Изотермический КПД = теоретическая изотермическая мощность ÷ фактически затраченная мощностьТеоретическая изоэнтропийная мощность может быть рассчитана на основе давления всасывания, давления нагнетания, температуры всасывания и свойств газа. Фактическая потребляемая мощность обычно определяется по валовой мощности или входной мощности электродвигателя. Если используется входная мощность электродвигателя, в результате будут учтены потери в двигателе и в передаче; если же применяется валовая мощность, то полученный показатель будет более близок к характеристикам самого компрессорного агрегата.

Как рассчитывается объёмный КПД?

Объёмный КПД отражает соотношение между фактическим объёмом выдаваемого воздуха и теоретическим объёмом за единицу времени в воздушном компрессоре. Основная формула:Объёмный КПД = фактический объём выпуска ÷ теоретический объём выпускаТеоретический объём вытеснения можно рассчитать на основе таких параметров, как рабочий объём цилиндра, частота вращения и число компрессионных камер. Фактический объём вытеснения следует измерять при стабильных значениях давления и температуры. Утечки, остаточный объём, сопротивление всасыванию и повышение температуры — всё это снижает объёмный КПД.

Как рассчитывается удельная мощность?

Удельная мощность часто используется для оценки энергетических характеристик всего оборудования и в основном выражается следующим образом:Удельная мощность = входная мощность ÷ рабочий объёмОбычно величину выражают в киловаттах, затрачиваемых на единицу объёма отработавших газов в минуту. Чем ниже удельная мощность, тем меньше мощность, потребляемая при том же объёме отработавших газов. При расчётах необходимо обеспечить соответствие объёма отработавших газов и мощности одним и тем же условиям эксплуатации, например одинаковым давлению отработавших газов, температуре окружающей среды, режимам охлаждения и степени загрузки.

Как рассчитывается эффективность рекуперации тепла?

При работе компрессора значительная часть электрической энергии преобразуется в тепло; при наличии системы утилизации отработанного тепла можно оценить степень его использования. В общем виде это выражается следующим образом:Коэффициент эффективности утилизации тепла = полезно утилизированное тепло ÷ подведённая энергияЭффективный объём回收 тепла можно оценить на основе расхода теплоносителя, температурного напора и удельной теплоёмкости. В качестве входной энергии обычно принимают электрическую энергию или работу вала, потреблённые компрессором в период его работы. При расчётах необходимо чётко определить временной интервал回收а и границы системы, чтобы избежать включения неиспользованного тепла в состав эффективно утилизируемой части.

Шаги расчёта и меры предосторожности

• Сначала определите объект расчёта: сервер, готовый к установке узел или система рекуперации тепла.
• Регистрируются давление выпуска, температура всасывания, температура окружающей среды, а также состояние охлаждения — водяное или воздушное.
• Измеряйте фактический объём выхлопных газов, по возможности используя данные стабильного режима работы.
• Считывайте входную мощность или мощность на валу, учитывая точность измерительных приборов и период дискретизации.
• Коэффициент полезного действия одного и того же оборудования изменяется при различных значениях давления, степени загрузки и температуры окружающей среды; поэтому следует обеспечить единые условия сравнения.

Основные факторы, влияющие на эффективность

На эффективность воздушного компрессора влияют такие факторы, как заданное значение давления на выпуске, сопротивление фильтрации всасываемого воздуха, эффективность охлаждения, внутренние утечки, механическое трение, степень загрузки и потери давления в трубопроводе. Слишком высокое заданное давление, засорение фильтрующего элемента, недостаточное охлаждение или частые циклы включения‑выключения могут привести к росту фактического энергопотребления. При необходимости оценить возможности энергосбережения рекомендуется одновременно фиксировать время работы, время работы под нагрузкой, время холостого хода и диапазон колебаний давления.

Простой метод определения

Если полные экспериментальные условия отсутствуют, можно сначала провести косвенный анализ на основе удельной мощности: при одинаковых значениях давления и производительности по газу сравнить соответствие между потребляемой мощностью и объёмом вытесненного газа. Если объём вытесненного газа снижается, а мощность не уменьшается пропорционально, либо повышение давления приводит к заметному росту мощности, необходимо проверить уровень утечек, перепады давления, состояние технического обслуживания и рабочие параметры. Благодаря длительной регистрации данных можно более точно оценить тенденцию изменения КПД.