Формула расчёта осевой мощности воздушного компрессора

Что такое осевая мощность воздушного компрессора?

Осевая мощность компрессора — это полезная мощность, передаваемая на главный вал компрессора; она обычно используется для оценки механической мощности, необходимой для работы самого компрессора. Эта величина зависит от входной мощности электродвигателя, коэффициента полезного действия трансмиссии, механических потерь и условий сжатия. При проведении анализа энергопотребления, подборе электродвигателя или оценке рабочего состояния часто необходимо различать входную мощность электродвигателя, его выходную мощность и осевую мощность компрессора.

Расчёт по крутящему моменту и частоте вращения

Когда можно измерить крутящий момент и частоту вращения главного вала, можно воспользоваться общей формулой мощности машины:

P = T × n ÷ 9550

• P: осевая мощность, единица измерения — киловатт kW
• T: крутящий момент главного вала, единица измерения — ньютон-метры N·m
• n: частота вращения шпинделя, единица измерения — обороты в минуту r/min
• 9550: Коэффициент пересчёта единиц измерения

Данная формула применима при проведении полевых испытаний или проверочных расчётов, когда известны крутящий момент и частота вращения. Если данные о крутящем моменте получены на основе оценки, следует предусмотреть достаточный запас по безопасности.

Оценка по входным параметрам двигателя

Для компрессора с электродвигателем осевую мощность можно рассчитать на основе входной мощности двигателя и его КПД. Входная мощность трёхфазного асинхронного двигателя может быть выражена следующим образом:

Pвх = √3 × U × I × cosφ ÷ 1000

Дополнительная оценка осевой мощности:

P ось = P входной × η двигатель × η передача

• U: линейное напряжение, единица измерения — вольт V
• I: линейный ток, единица измерения — ампер A
• cosφ: коэффициент мощности
• η электродвигателя: КПД электродвигателя
• η传动: коэффициент полезного действия передачи; для прямого соединения, муфтовой или ремённой передачи значения различаются.

Если известна выходная мощность двигателя, то выражение можно упростить:

P ось = P выходной мощности двигателя × η передачи

Оценка по рабочему объёму и удельной мощности

При наличии полной технической документации или имеющихся экспериментальных данных можно также произвести оценку, используя объём вытеснения и удельную мощность:

P-ось ≈ Q × b

• Вопрос: фактический объём выхлопных газов, единица измерения — кубические метры в минуту. m3/min
• b: удельная мощность, единица измерения — киловатт на кубический метр в минуту kW /(m3/min)

Данный метод подходит для сравнения энергопотребления или проведения предварительных расчётов, однако удельная мощность изменяется в зависимости от заданного давления, состояния всасываемого воздуха, способа охлаждения, степени загрузки и режима управления; поэтому нельзя безоговорочно применять единичное значение.

Основные факторы, влияющие на осевую мощность

• Давление на выпуске: повышение давления обычно приводит к росту работы сжатия.
• Температура и давление всасываемого воздуха: изменения состояния всасываемого воздуха влияют на плотность газа и фактический объём выпуска.
• Механическое трение и состояние смазки: состояние подшипников, уплотнений, зубчатых передач и других деталей влияет на механический КПД.
• Способы передачи движения: прямое соединение, муфта, ремённая передача и зубчатая передача обладают разной эффективностью.
• Рабочая нагрузка: холостой ход, лёгкая нагрузка, полная нагрузка и частые включения‑выключения приводят к колебаниям мощности.

Меры предосторожности при использовании

При расчётах прежде всего следует чётко определить понятие мощности, чтобы избежать смешения понятий входной мощности двигателя, номинальной мощности двигателя и мощности на валу компрессора. При проведении полевых оценок рекомендуется осуществлять перекрёстную проверку с учётом тока, напряжения, частоты вращения, крутящего момента, объёма вытесненного газа и данных по оборудованию. В случае применения для подбора оборудования, энергосберегающей модернизации или проверки безопасности следует руководствоваться данными с паспортных табличек, результатами испытаний и технической документацией производителя.