Что такое производительность компрессора по сжатому воздуху?
Производительность компрессора, обычно также называемая его подачей, — это объём газа, выдаваемый компрессором за единицу времени, приведённый к стандартным условиям всасывания (например, к стандартному атмосферному давлению и заданной температуре). Она является важным критерием для оценки рабочих характеристик компрессора, выбора оборудования и согласования параметров системы. Точный расчёт производительности позволяет избежать как перерасхода энергии при чрезмерно мощном выборе оборудования, так и недостатка системного давления при недостаточной его мощности.
Ключевые параметры, влияющие на объём сжатого воздуха
Перед расчётом объёма сжатого газа необходимо уточнить несколько ключевых параметров, которые непосредственно определяют конечный результат вычислений:
- Рабочий объём цилиндра: Объём, описываемый поршнем в цилиндре при его перемещении от нижней мёртвой точки до верхней; это физический размер, на основе которого определяется теоретический объёмный расход.
- Скорость вращения: Частота вращения главного вала компрессора в минуту. Чем выше частота вращения, тем больше теоретический объём нагнетаемого воздуха за единицу времени.
- Объёмная эффективностьОтношение фактического объёма нагнетания к его теоретическому значению. Вследствие наличия мёртвого пространства, утечек газа, сопротивления всасывания и нагрева газа фактический объём нагнетания всегда меньше расчётного.
- Состояние вдоха: Давление и температура во время всасывания. Уравнение состояния газа показывает, что чем выше температура всасываемого газа или ниже его давление, тем меньше плотность всасываемого газа, а фактический объёмный расход на выходе соответственно уменьшается.
Основная логика расчёта объёма сжатого газа
Расчёт объёма сжатого воздуха обычно разделяется на два этапа: теоретический расчёт и практический расчёт.
Шаг первый: вычисление теоретического объёма выхлопных газов
Теоретический объём нагнетания — это объём нагнетания в идеальных условиях, когда не учитываются утечки газа, мёртвый объём и потери на сопротивление. Для поршневого компрессора теоретический объём нагнетания равен произведению рабочего объёма цилиндра на частоту вращения и число цилиндров.
Шаг второй: с учётом объёмного КПД рассчитываем фактический объём вытесненного газа
Фактический объёмный расход равен теоретическому объёмному расходу, умноженному на объёмный КПД. Объёмный КПД представляет собой эмпирическую величину либо коэффициент, рассчитываемый по термодинамическим формулам; его значение зависит от типа компрессора, уровня его конструктивного исполнения, режима эксплуатации и степени износа.
Шаг третий: приведение к стандартным условиям
Для удобства сравнения и выбора оборудования обычно требуется привести фактический объём выдаваемого газа к значению, соответствующему стандартным условиям всасывания. Для этого необходимо воспользоваться уравнением состояния идеального газа, выполнив перерасчёт с учётом фактического давления и температуры на входе.
Меры предосторожности при расчёте расхода газа в практическом применении
В практическом инженерном применении при расчёте объёма сжатого воздуха необходимо учитывать следующие реальные факторы:
- Утечки и потери в трубопроводной сетиПри расчёте общего потребления газа системой необходимо к величине потребления на конечных устройствах добавить определённый запас, чтобы компенсировать утечки в трубопроводах и потери на арматуре.
- Колебания рабочих условий: Потребление газа в процессе производства нередко характеризуется колебаниями. При расчётах следует за основу принимать пиковое значение расхода газа и проводить комплексную оценку с учётом буферной ёмкости газгольдера.
- Высота над уровнем моря и температура окружающей средыЕсли компрессор установлен на большой высоте или в условиях повышенной температуры, плотность воздуха снижается, что приводит к уменьшению массового расхода всасываемого воздуха. В этом случае необходимо скорректировать стандартный объёмный расход с учётом местного атмосферного давления и температуры.
- Старение оборудованияС увеличением наработки зазоры внутри компрессора увеличиваются, что приводит к снижению объёмного КПД. При оценке производительности оборудования на поздних стадиях его жизненного цикла значение объёмного КПД следует соответствующим образом уменьшить.