воскресенье, 12 марта 2017 г.

Политропный КПД газоперекачивающего агрегата


Основная задача компрессорного цеха – сжатие (компримирование) газа. Однако, при сжатии газ нагревается, то есть часть энергии, которая должна выполнять полезную работу, затрачивается на бесполезный подогрев транспортируемого газа.
Оценить качество сжатия газа центробежным нагнетателем позволяет политропный КПД (в некоторых справочных и учебных пособиях – политропический КПД).
Политропный КПД позволяет оценить качество компримирования (сжатия) газа, то есть численно определить – какая часть энергии затрачена на сжатие газа, а какая была потеряна в виде тепловой энергии. Расчетное выражение:

Расчет показателя адиабаты подробно рассмотрен в одной из предыдущих заметок блога. Степень сжимаемости газа – это всего лишь отношение абсолютного давления на выходе ГПА к абсолютному давлению на всасе (на входе ГПА).
Расчет политропного КПД ЦБН – еще один инструмент, позволяющий оценить эффективность работы компрессорного цеха. Предложенное выше выражения для расчета параметра определяет абсолют, значение которого (для конкретного режима работы цеха) не может быть превышено – это физически невозможно. И если выполненный Вами расчет по газодинамическим характеристикам (из ВНИИГАЗ’овского сборника 2005 года) дает большее значение – значит, это значение необходимо уменьшить до величины, полученной из вышеприведенной формулы.
Онлайн-расчет политропного КПД газоперекачивающего агрегата можно выполнить здесь:

Исходный код расчета (PHP):
<?php
// Внимание!
// проверки на адекватность исходных данных
// выполняются на стороне клиента!
//
header('Content-Type^ text/html; charset=utf-8');
if ($_SERVER['HTTP_X_REQUESTED_WITH']=='XMLHttpRequest'){
        if ($_POST){
               // исходные данные из приложения
               $ro = $_POST['ro'];// плотность газа абсолютная, кг/м3
               $azot  = $_POST['azot'];// молярная составляющая азота
               $pn  = $_POST['pn'];// избыточное давление газа на всасе, кгс/см2
               $pk  = $_POST['pk'];// избыточное давление газа на выходе ГПА, кгс/см2
               $prt  = $_POST['prt'];// атмосферное давление, мм рт.ст.
               $tn  = $_POST['tn'];// температура газа на всасе, по Цельсию
               $tk  = $_POST['tk'];// температура газа на выходе ГПА, по Цельсию
               // децимальный разделитель
               $ro = str_replace(",", ".", $ro);
               $azot = str_replace(",", ".", $azot);
               $pn = str_replace(",", ".", $pn);
               $pk = str_replace(",", ".", $pk);
               $prt = str_replace(",", ".", $prt);
               $tn = str_replace(",", ".", $tn);
               $tk = str_replace(",", ".", $tk);
               // приведение размерности
               $azot = $azot/100;// молярная составляющая в долях единицы
               $patm = $prt*0.001359511;// атмосферное давление в кгс/см2
               $pn = $pn+$patm;// абсолютное давление на всасе, кгс/см2
        $pk = $pk+$patm;// абсолютное давление на выходе ГПА, кгс/см2
        $tn = $tn+273.15;// температура газа на всасе, по Кельвину
               $tk = $tk+273.15;// температура газа на выходе ГПА, по Кельвину
               $ppn = $pn*0.0980665;// абсолютное давление - МПа
               $ppk = $pk*0.0980665;
               // загрузка функций
               function f_delta($ro) {
               // относительная плотность газа
               // ro - плотность газа, кг/м3
               $delta = $ro/1.2044;
               return $delta;
               }
               function f_z($delta, $pn, $patm, $tn){
               // коэффициент сжимаемости газа
               // delta - дельта
               // pn - избыточное давление газа, кгс/см2
               // patm - атмосферное давление, кгс/см2
               // tn - температура газа, по Кельвину
               $pabs = $pn+$patm;// абсолютное давление
               $pmpa = $pabs*0.0980665;// перевод кгс/см2 в МПа
               $z = 1-((10.2*$pmpa-6)*(0.345/100*$delta-0.446/1000)+0.015)*(1.3-0.0144*($tn-283.2));
               return $z;     
               }
               function f_adiabata($azot, $ro, $pn, $patm, $tn){
               // коэффициент адиабаты
               // azot - молярная составляющая азота, доли единицы
               // ro - плотность газа абсолютная, кг/м3
               // pn - избыточное давление, кгс/см2
               // patm - атмосферное давление, кгс/см2
               // tn - температура, по Кельвину
               $pabs = $pn+$patm;// абсолютное давление
               $pmpa = $pabs*0.0980665;// перевод кгс/см2 в МПа
               $k1 = 1.556*(1+0.074*$azot);
               $k2 = 3.9/10000*$tn*(1-0.68*$azot)+0.208*$ro;// последний плюс - не ошибка! потом будем отнимать все сразу
               $k3 = pow(($pmpa/$tn), 1.43)*(384*(1-$azot)*(pow(($pmpa/$tn), 0.8))+26.4*$azot);
               $k = $k1-$k2+$k3;// (Сарданашвили, стр. 44, формула 1.69)
               return $k;     
               }
               // расчет
               $delta = f_delta($ro);
               $sartsr = ($tn+$tk)/2;
               $sarpsr = ($pn+$pk)/2;// среднее абсолютное, кгс/см2
               //$sarpsr = sarpsr*0.0980665;// МПа
               $z = f_z($delta, $sarpsr, 0, $sartsr);// по средним значениям
               $k = f_adiabata($azot, $ro, $sarpsr, 0, $sartsr);// по средним значениям
               $sarmt = log10($ppk/$ppn)/log10($tk/$tn);
               $sarkpd = ($k-1)/$k*$sarmt*100;
               if ($sarkpd>100) {$sarkpd = 100;}
               //
               if ($sarkpd>0){
                       $sarkpd = number_format($sarkpd, 2);
                       $sarkpd = str_replace(",","",$sarkpd);
                       $sarkpd = str_replace(".",",",$sarkpd);
                       print '<p>Политропный КПД ГПА, %: '.$sarkpd.'</p>';
               } else {
                       print '<p>Ошибка расчета: нулевое КПД.</p>';
               }
        }
}
?>