Определение рационального уровня снижения температуры сжатого воздуха в промежуточных воздухоохладителях турбокомпрессора Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

© О. В. Замыцкий, 2005

УДК 622.44 О.В. Замыцкий

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНОГО УРОВНЯ СНИЖЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ СЖАТОГО ВОЗДУХА В ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ВОЗДУХООХЛАДИТЕЛЯХ ТУРБОКОМПРЕССОРА

Семинар № 17

бязательным условием нормальной

Чы/ эксплуатации турбокомпрессоров является наличие промежуточного охлаждения сжатого воздуха. Недостаточное охлаждение воздуха значительно увеличивает удельный расход электроэнергии [1, 2]. Эффективность работы системы охлаждения определяется начальной температурой воды и ее расходом, а также состоянием теплообменных поверхностей воздухоохладителей. Излишний расход воды приводит к увеличению загрязнения теплообменных поверхностей и возрастанию расхода электроэнергии на привод циркуляционного насоса. Причем, при соответствующей мощности потребляемой циркуляционными насосами, экономия электроэнергии в результате промежуточного охлаждения воздуха оказывается соизмеримой с дополнительным расходом электроэнергии на привод последних. Таким образом, существует рациональное значение снижения температуры воздуха в промежуточном воздухоохладителе и соответствующий ему расход охлаждающей воды, обеспечивающие минимальный расход электроэнергии компрессорной установкой.

Мощность, потребляемая, компрессорной установкой включает мощность, затрачиваемую первой второй и третьей секциями сжатия и мощность, расходуемую на подачу воды в первый и второй промежуточный воздухоохладители.

^ку = Ов ( + 12 + 13 +

+ (АР„1 + К2 АР„2 ) Вm, ’

где Мку- суммарная мощность потребляемая компрессорной установкой, Вт; Ов- массовая подача компрессора, кг/с; /ь /2, 13- удельная работа сжатия в первой, второй и третьей секции сжатия турбокомпрессора, соответственно,

(1)

Дж/кг; Пк- КПД компрессора, д. ед.; У„\,У„2- объемный расход охлаждающей воды через первый и второй промежуточный воздухоохладители, мз/с; Др1, Др2- перепад давления на первом и втором промежуточных воздухоохладителях, Па; Пн- КПД насоса, д. ед.

Удельная работа сжатия в первой секции сжатия

11 =

т.

т1 -1

-яг,

т^1

т.

л

-1

Дж/кг;

(2)

где т1- показатель политропы сжатия в первой секции турбокомпрессора; Тл- температура воздуха на входе в первую секцию, К; Я- газовая постоянная; £1- степень повышения давления в первой секции, д. ед.;

Удельная работа сжатия во второй секции сжатия

( т2 -1 Л

12 =

т2 -1

-ЯТ.

1

( т2 -1 Л

, Дж/кг;

где т2- показатель политропы сжатия во второй секции турбокомпрессора; Тн2- температура воздуха на входе во вторую секцию, К; Тк1- температура воздуха на выходе из первой секции, К; ДТ1- снижение температуры воздуха в первом воздухоохладителе, К; £2- степень повышения давления во второй секции, д. ед..

С учетом

Т = Т г т К

1к1 1н1*1 5 9

окончательно

т

2

1

т

т -1

ТлеГ -АТ1

/2 =-т^ я

т2 -1

Дж/кг; (3)

Удельная работа сжатия в третьей секции сжатия

= т

( тз-1 Л

■ЯТн3

Дж/кг;

т

--тЯ( - АТ2 )•

( тз- Л

г3 тз -1

■^2 у„2 , Па;

(6)

Ар„2 =Кр„-^ -у-

Ле2 2

^2 = 12'х„2- суммарная длина труб второго воздухоохладителя по ходу, м; 12 - длина трубы во втором воздухоохладителе, м; хп2- число ходов по воде во втором воздухоохладителе; dе2 - внутренний диаметр трубы второго воздухоохладителя с учетом загрязнения, м; - скорость во-

ды в трубе второго воздухоохладителя, м/с.

С учетом того, что

,, = , м/с,

где т3 - показатель политропы сжатия в третьей секции турбокомпрессора; Тн3 - температура воздуха на входе в третью секцию, К; Тк2 -температура воздуха на выходе из второй секции, К; ДТ2 - снижение температуры воздуха во втором воздухоохладителе, К; е3 - степень повышения давления в третьей секции, д. ед.;

С учетом

тг -1

Т = Т г т к-

1 к 2 1 н 2 2

/3 =~т^- я

т3 -1

{ т2-1 Л ( тз-1 Л

Тгт -АТ2

г тз -1

Дж/кг;

окончательно

а=-т_ я

(

х гзтз -1 I, Дж / кг

ар„1 =Кр„^~ ^ Па;

de1 2

где Хд - коэффициент гидравлического сопротивления Дарси; р„ - плотность воды, кг/м3; Ь\ = 1\-х„\- суммарная длина труб первого воздухоохладителя по ходу, м; 11 - длина трубы в первом воздухоохладителе, м; хп1 - число ходов по воде в первом воздухоохладителе; dе1 - внутренний диаметр трубы первого воздухоохладителя с учетом загрязнения, м; vwl - скорость воды в трубе первого воздухоохладителя, м/с.

где ¥„- объемный расход воды, м3/с; пх- труб в одном ходе; а - площадь живого сечения одной трубы, м2, а

а> =

Пк , м2, 4

зависимости (5) и (6) принимают вид 8, V2

АР„1 = ЛдР„

, Па;

8Ь.У.

(7)

(8)

(4)

Гидравлическое сопротивление водяной полости воздухоохладителей с учетом загрязнения теплообменных поверхностей

2

(5)

Ар„2 ^дР„ 2 |5 2

П de2n,2

Из уравнения теплового баланса воздухоохладителя

о = Оес ре АТ1 , кг/с; (9)

„1 А ГГ’

С„АТ„1

где О„х- массовый расход воды через первый воздухоохладитель, кг/с; сре- удельная изобарная теплоемкость воздуха, Дж/(кг-К); скудельная теплоемкость воды, Дж/(кг-К); ДТу1-повышение температуры воды в первом воздухоохладителе, К.

=

ОесреАТ2 кг/с; с„ АТ„2

(10)

где О„2- массовый расход воды через второй воздухоохладитель, кг/с; ДТ„2- повышение температуры воды во втором воздухоохладителе, К;

С учетом

V = , м3/с,

р„

зависимости (9) и (10) принимают вид:

тз -1

2

У*1 =

ОвсрвЛТ1 , м3/с;

РМ!СМ! АТМ>1

(11)

(12)

Лр^1 ^д 2 л 5 2 I ат1

п й«1п*1р* У СЛТ*1

Лр =; 8^2 Г °всрв АТ21, Па; (14)

ЧР^2 Лд 2 і5 2

П Св2ПХ,Р« У С„ЛТ„

После подстановки (2), (3), (4), (13), (14) в (1) получим

Пк 1^1 - 1

т, -1

г,т -1 | + | | Т.1є1 т1 -ЛТ1 |є2т2 -ЛТ2 |-| є3тз -1

т,є — -ЛТ Іє— -ЛТ !•

є— -1

+_р_г^о3Г(_д_Глп.I3+(_^Г_лт^I31 Вт (15)

п ргл, У с, Д(02 (лт,1 J Г^>22 (лт.2 П

Продифференцируем (13) по ДТр1 и ДТр2, приравняем результаты к нулю

т„ он

Пк I т, - 1

т,-1 / т3-1

є т“ -1|—— є-2 •! єт - 1ІІ +

п р*п« УС»ЛТ»1 ^ свЛ1

-ЛТ„1= 0

(16)

где ДТр1- рациональное снижение температуры воздуха в первом воздухоохладителе, К.

о с ЛТ2 з,

V = в рв 2 , м3/с;

^ 2 » ГГ~1

Р^С^ ЛТ*2

Окончательно, после подстановки (11) и (12), зависимости (7) и (8) принимают вид

8Д Г °вс рв ЛТ1 У, Па; (13)

дМ„

о. Я

д( ЛГр,) Пк

242„ [ О с

т3

т3 -1

Г тъ-1 11

*3 - 1

(17)

——— ЛТ2 = 0

75 2 р2

С ^ т„

П РуПп У с„ АТ„2 У“е2"*х2 где ДТр2- рациональное снижение температуры воздуха во втором воздухоохладителе, К.

Решая уравнения (16) и (17) относительно ДТр1 и ДТр2, получим

ЯчА(пР.п,1У(с.ЛТ.1?

т, -1

24^дП, вр.

ЯцнС\г\пр^п^

■„ЛТ„„

т,-1 і т3-1

т3 -1

ЛТр,

Расходы охлаждающей воды через воздухоохладители соответствующие данным температурам могут быть определены из зависимостей (11) и (12).

Таким образом, получены зависимости, позволяющие определить рациональное снижение температуры сжатого воздуха в промежуточных воздухоохладителях и соответствующий ему расход охлаждающей воды, обеспечивающие минимальный расход электроэнергии компрессорной установкой.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Цейтлин ЮА., Мурзин В.А. Пневматические Горный информационно-аналитический бюллетень. - М:

установки шахт.- М.: Недра, 1985.- 352 с. МГГУ. - 2002.- №1. - С.81-82.

2. Замыцкий О.В. Влияние промежуточного охлаждения на показатели работы турбокомпрессоров //

— Коротко об авторах

Замыцкий Олег Владимирович - доцент, кандидат технических наук, Криворожский технический университет.

+

т

1 І +

0.5

1

24ДП ДОвср

т

+

+

т3 -1

т3 -1

+