Kompressor isentropiese doeltreffendheid: wat, hoe, verskeie tipes, voorbeelde

Kompressor isentropiese doeltreffendheid is 'n maatstaf van agteruitgang van energiedoeltreffendheid terwyl werklike kompressie gedoen word in vergelyking met ideale geval, waar die energiedoeltreffendheid maksimum is.

Ideale prosesse is omkeerbaar en dus 'n ideale toestel wat wys dat omkeerbaarheid doeltreffend is. Die werk wat in 'n ideale proses gedoen word, is maksimum moontlike werkuitset. Al die werklike prosesse en toestelle is egter tot 'n mate onomkeerbaar en dus ondoeltreffend.

Wat is kompressor isentropiese doeltreffendheid?

Isentropiese doeltreffendheid van kompressor word gedefinieer as die doeltreffendheid van die kompressor in vergelyking met 'n ideale isentropiese proses.

Om te definieer isentropiese doeltreffendheid ons moet eers 'n isentropiese proses verstaan. 'n Isentropiese proses is 'n ideale proses wat beide adiabaties sowel as omkeerbaar is. In die werklike wêreld is so 'n idealistiese proses nie moontlik nie. Dus is 'n werk wat deur 'n kompressor in 'n isentropiese proses gedoen word, dus 'n idealistiese geval wanneer daar geen verandering in entropie plaasvind nie.

Isentropiese doeltreffendheid van 'n kompressor word gedefinieer as die verhouding van werk verrig terwyl die kompressie uitgevoer word sonder enige verandering in entropie vs werklike werk verrig.

Hoe om kompressor isentropiese doeltreffendheid te bereken?

Die berekening van isentropiese doeltreffendheid vereis berekening van isentropiese en werklike werk gedoen

Isentropiese doeltreffendheid van 'n gaskompressor kan bereken word, as die inlaat- en uitlaattemperature van die kompressors gegee is.

Kom ons oorweeg,

T2 ideaal = ideale stagnasietemperatuur by kompressoruitlaat

T1 = stagnasie temperatuur by kompressor inlaat

T2 = werklike stagnasietemperatuur by kompressoruitlaat

Dan,

Isentropiese doeltreffendheid kan bereken word as nc = (T2 ideaal -T1 )/ (T2 -  T1 )

Wat is isentropiese doeltreffendheid?

Isentropiese doeltreffendheid is die maatstaf van afwyking van ideale gedrag vir bestendige toestand vloei toestelle.

Isentropiese doeltreffendheid meet die verlies van energie in 'n werklike bestendige-toestand proses soos dié van 'n turbine, 'n pomp of kompressor en 'n vloeispuitstuk in vergelyking met dié van die proses, indien dit isentropies uitgevoer word.

Die werk wat gedoen word, word vir werklike proses bereken en vergelyk met dié van isentropiese proses wat dieselfde inlaat- en uitgangtoestande behou. Die verhouding van beide hierdie werk wat gedoen is verskaf die isentropiese doeltreffendheid.

 Kompressor isentropiese doeltreffendheid formule

Isentropiese doeltreffendheid van Kompressor formule word aangedui deur die verhouding van ideale of isentropiese werk verrig tot werklike werk verrig.

Hier, T2' dui die uitgangstemperatuur vir ideale of isentropiese geval aan.

           T1 dui die temperatuur by inlaat aan

           T2 dui die temperatuur by uitlaat vir werklike geval aan

Cp is die spesifieke hitte, wat as konstant beskou word. In terme van kompressiedrukverhouding word die bogenoemde formule aangedui deur:-

waar,

Waar Pr kompressiedrukverhouding is, is γ die verhouding van spesifieke hitte Cp/Cv.

Vorm hierbo kan die Werklike uitgangstemperatuur T2 bereken word deur

Tipiese isentropiese doeltreffendheid van kompressor

Isentropiese kompressie is uitgevoer met minimum werk wat gedoen is om 'n stapverandering uit te voer. Werklike werk gedoen is altyd hoër as isentropiese werk en dus is isentropiese doeltreffendheid laer as 100.

Beskou die hs-diagram hieronder vir werk verrig deur isentropiese kompressie (ws) vs werklike werk verrig (wa). P1 en P2 is onderskeidelik die inlaat- en uitlaatdruk. Vir dieselfde inlaat- en uitlaatdruk is die werklike werk wat gedoen word altyd hoër as isentropiese werk wat gedoen is.

Entalpie Entropie Diagram

Die kompressordoeltreffendheid neem gewoonlik af as die interne lekkasies hoog is wat lei tot herwinning van gas wat saamgepers word en meganiese en wrywingsverliese.

Tipies, vir 'n kompressor wat doeltreffend ontwerp is, wissel die isentropiese doeltreffendheid van 75 tot 85%.

Scroll Compressor isentropiese doeltreffendheid

Soos ander kompressortipes, hang rolkompressors isentropiese doeltreffendheid ook af van konstruksie en ontwerp.

Doeltreffendheidsverliese in 'n rolkompressor sluit meganiese verliese, verliese aan energie as gevolg van interne lekkasies, verliese as gevolg van hitte-oordrag en afwyking van isotermiese werking, verliese as gevolg van drukval in pype en verliese wat plaasvind wanneer omskakeling van elektriese na meganiese energie in die motor in .

Die Meganiese doeltreffendheid is ongeveer 90%, die drukval en interne lekkasies doeltreffendheid is ongeveer 90% en die motor doeltreffendheid is ongeveer 90%. Hierdie verliese is 'n praktiese rolkompressor van ongeveer 70% doeltreffendheid. Vir 'n rolkompressor wat met 'n spoedbeheerder toegerus is, word bykomende 5% verliese gely.

In vergelyking met roterende kompressors, word gevind dat rolkompressors effens laer doeltreffendheid het vir dieselfde drukverhoudings.

Isentropiese doeltreffendheid van resiprokerende kompressor

Vir resiprokerende kompressors hang die isentropiese doeltreffendheid grootliks af van die grootte van kompressors.

Normaalweg, groter hoe groter is die doeltreffendheid daarvan. Wederkerende kompressors wat vir huishoudelike toestelle gebruik word, het doeltreffendheid van 40-60%. Mediumgrootte (semi-) hermatiese kompressors het doeltreffendheid tussen 50-70%. Groot grootte oop kompressors het doeltreffendheid van 60-80% by volle lading.

Hoër spoed heen-en-weer kompressors het oor die algemeen hoër doeltreffendheid in vergelyking met lae-spoed heen-en-weer kompressors.

Sentrifugale kompressor isentropiese doeltreffendheid

Laer grootte sentrifugale kompressors het laer isentropiese doeltreffendheid as in vergelyking met hoër grootte masjiene.

Al die faktore soos meganiese verliese, vloeiverliese, motorverliese is van toepassing op ander tipes kompressors is ook waar vir sentrifugale kompressors.

Aangesien in sentrifugale kompressors die rotasiespoed van 'n sentrifugale kompressor 'n omgekeerde funksie van deursnee is om 'n gewenste perifere spoed by die buitenste diameters van die waaiers te handhaaf, kan baie groot kompressors teen lae spoed (sê 3000 rpm) werk en baie klein kompressors kan werk teen baie hoë spoed (sê, 30000 rpm).

Soos die kompressorgrootte afneem, word die deurgang vir gas om te vloei nou. Dit lei tot hoër wrywingsverliese en verlaag dus die isentropiese doeltreffendheid.

Verkoeling Kompressor Isentropiese Doeltreffendheid

Isentropiese doeltreffendheid van 'n verkoeling kompressor word beïnvloed deur die oorverhitting van die koelmiddel saam met ander faktore.

Die doeltreffendheid van 'n kompressor wat in verkoelingsdiens gebruik word, word beïnvloed deur die ontwerp van die verkoelingskring. As die verdamper, smoortoestel en suiglyn nie behoorlik ontwerp is nie, kan dit lei tot hoër oorverhitting van die koelmiddel wat lei tot laer gasdigthede wat lei tot kompressor wat op 'n punt van sy beste doeltreffendheid werk.

Kompressor Isentropiese Doeltreffendheid Waardes

Kompressor isentropiese doeltreffendheidwaardes hang af van tipe kompressor, kapasiteit, spoed, ontwerp en konstruksie.

Isentropiese doeltreffendheid van sentrifugale kompressor wissel van 70-85%. Doeltreffendheid van resiprokerende kompressors wissel van 40 % tot 80 %, afhangende van kapasiteit en kompressieverhoudings. Doeltreffendheid van skroefkompressors wissel van 65% tot 75%.

Isentropiese Doeltreffendheid Kompressor Voorbeeld

voorbeeld: Lug gaan 'n adiabatiese kompressor binne teen 300 K, 1 atm druk. Die werkinvoer na die kompressor is 350 kJ per kg lug wat deur die kompressor vloei. Gegee dat die kompressor 'n isentropiese doeltreffendheid van 0.85 het, bereken die werklike uittreetemperatuur en -druk van die kompressor. Gebruik die konstante spesifieke hitteverhoudings vir hierdie probleem.

Oplossing:

met CP = 1.01 kJ/kg K en k = 1.4 vir lug.

Los op om T te kry2s= 595 K.

Aangesien 1 − 2s isentropies is;

Hittepompkompressor isentropiese doeltreffendheid

Soortgelyk aan verkoelingskompressor onder andere faktore word die doeltreffendheid van hittepompkompressor ook beïnvloed deur die mate van oorverhitting van die koelmiddel.

'n Warmtepomp is 'n toestel wat gebruik word om 'n ruimte te verhit deur hitte van buite lug af te neem. ’n Hittepomp werk op ’n omgekeerde manier in vergelyking met ’n verkoelingsiklus. Werkverrigting van 'n hittepomp word gedefinieer deur:[l

Waar, |Q| is die nuttige hitte wat deur die hittepomp verskaf word

            W is die netto werkinvoer na die stelsel

'n Hittepompkompressordoeltreffendheid word ook beïnvloed deur die graad van oorverhitting van die koelmiddel, ongeag die tipe kompressor. Moderne hittepompstelsels gebruik rolkompressors wat hoër isentropiese doeltreffendheid het in vergelyking met ander kompressortipes.

Gasturbine isentropiese doeltreffendheid

Gasturbine isentropiese doeltreffendheid word gedefinieer as die verhouding van werklike werk verrig vir uitbreiding van gas tot ideale werk verrig.

'n Gasturbinestelsel kan in 'n hs-diagram soos hieronder gedefinieer word:

Die isentropiese doeltreffendheid vir 'n gasturbine word gedefinieer deur die volgende uitdrukking:

ηT=Reële Turbine Werk/ Isentropiese Turbine Werk

Lugkompressor isentropiese doeltreffendheid

Om die isentropiese doeltreffendheid van 'n lugkompressor te bereken, moet ons die eienskappe van lug ken, wat ingesluit kan word in die uitdrukking vir die berekening van die doeltreffendheid van 'n kompressor in die algemeen.

Dit kan verduidelik word deur 'n voorbeeld:

Beskou lug van 100 cum/min by 20°C (digtheid ρ by hierdie toestande is gelyk aan 1.2 kg/m3) en aanvanklike druk van 0.1 Mpa. Die kompressor druk dit saam tot 'n druk van 0.25 Mpa. Die kragverbruik van die motor is 200 KW.

Die isentropiese doeltreffendheid van kompressor word gegee deur:-

            nis = (isentropiese werk gedoen),nw/(Werklike werk gedoen), na

Hier staan ​​die werklike werk wat gedoen is bekend as die kompressor se kragverbruik bekend. Die isentropiese werk gedoen kan soos volg bereken word:

            nw= V · ρ · z · R · (273+t) · γ/(γ-1) · [(P2/P1)(γ-1)/γ-1]

            waar,

                        V= volume in cum/m

                        z= Vermenigbaarheidsfaktor, 1 vir lug

                        ρ= digtheid van lug

                        R= universele gaskonstante, 286 J/(kg*К) vir lug

                        γ = verhouding van spesifieke hitte, 1.4 vir lug

Berekening, deur die bogenoemde waardes te plaas kry ons

            nw = 175.5 KW

Dus, die isentropiese doeltreffendheid van kompressie is nw/na = 17.5./200 = 0.88 of 88%

Skroefkompressor isentropiese doeltreffendheid

'n Skroefkompressor se werkingsdoeltreffendheid hang grootliks af van sy grootte en die kompressieverhouding.

'n Skroefkompressor wat een keer ontwerp is, het 'n vaste volumeverhouding in teenstelling met die resiprokerende of sentrifugale kompressors. Die isoentropiese doeltreffendheid in die ontwerpte volumetriese verhouding is maksimum. As die kompressor egter verder as die gespesifiseerde volume of kompressieverhouding bedryf word, is daar 'n skerp daling in sy isentropiese doeltreffendheid.

Anders as dit, is die isentropiese doeltreffendheid van klein skroefkompressors aansienlik laer as groot skroefkompressors. Dit is as gevolg van verhoogde wrywingsverlies as gevolg van kleiner vloeipad beskikbaar.

Isentropiese doeltreffendheid van aksiale vloeikompressor

Isentropiese doeltreffendheid vir 'n aksiale vloeikompressor is die beste onder al die kompressortipes.

As die doeltreffendheid van resiprokerende kompressors, sentrifugale kompressors en aksiale vloeikompressors vergelyk word, het die latere die beste doeltreffendheid en wissel bo 90%. Dit is meestal as gevolg van die minimum meganiese en aërodinamiese verliese wat dit ondervind as die gas die pad deur die saamperstoestel beweeg.

'n Tipiese aksiale kompressor word hieronder getoon. dit het alternatiewe roterende wieke en statiese vleuels, wat die kinetiese energie na druk omskakel.

kompressor isentropiese doeltreffendheid
'n Geanimeerde simulasie van 'n aksiale kompressor; Beeldkrediet: Wikipedia

As-vloeikompressors word oor die algemeen gebruik vir hoë vloeitempo's, hoofsaaklik in straalmotors, as turbines en sommige prosestoepassings. Vir 'n gegewe vloei egter, in vergelyking met 'n sentrifugale masjien wat 'n raidal flow componet het, het die aksiale vloei kompressors 'n laer benatte area en loe verseëling vereiste wat bydra tot die hoër isentropiese doeltreffendheid daarvan.

Kompressor polytropiese doeltreffendheid vs isentropiese doeltreffendheid

Wanneer die werk verrig deur 'n kompressor in teoretiese terme vergelyk word, is politropiese doeltreffendheid altyd hoër as die isentropiese doeltreffendheid.

Politropiese kompressie en isentropiese kompressie is albei ideale gevalle en gee nie die werklike proses oor nie. Politropiese doeltreffendheid is die teoretiese doeltreffendheid wat bereken word vir 'n oneindig klein verandering in druk oor die omvang van drukverandering in 'n kompressieproses.

As die drukverandering nul nader, is die politropiese doeltreffendheid gelykstaande aan isentropiese doeltreffendheid. As die drukverandering groot is, is die politropiese doeltreffendheid aansienlik meer as die isoentropiese doeltreffendheid. Met ander woorde, politropiese doeltreffendheid stel die limiet vir maksimum isentropiese doeltreffendheid.

Scroll na bo