МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ КОМПРЕССОРОВ

  Главная       Учебники - Техника      ASME. Методика проведения испытаний компрессоров и пневматических машин

 поиск по сайту

 

содержание   ..  1  2  3  4  5 

 

4.1 МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ КОМПРЕССОРОВ

 

4.1.1 Выбор методов проведения испытаний, представленных в настоящей Методике, будет зависеть от типа компрессора, заданного газа, и выбранного типа испытаний.

 

 

4.2 СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ

 

4.2.1 Дополнения к Методике Проведения Испытаний в серии документов PTC 19 посвящены вопросам контрольно-измерительных приборов и аппаратного комплекса, в них отражена достоверная информация о средствах измерения и вопросах их использования, к указанным документам следует обращаться при необходимости получения таковой информации. Выбор контрольно-измерительных приборов должен быть продиктован требованиями в части ограничений по неопределенности для каждого из типов испытаний, а также соответствием условий испытательного стенда заданным условиям проведения испытаний. Выбор того или иного типа контрольно-измерительных приборов должен быть подтвержден посредством выполнения расчета, доказывающего, что величина неопределенности в результатах измерений соответствует заявленным целям проведения испытаний.

Контрольно-измерительные приборы требуются для определения состояние газа на входе и на выходе, величину расхода и обороты компрессора. В зависимости от выбранного метода, может потребоваться дополнительные средства измерения в целях определения испытательной мощности.

 

 

4.3 ТРУБОПРОВОДЫ

 

4.3.1 Расположение точек замера давления и температуры имеет характерную связь с геометрией отверстий входного и выходного устройств компрессора. Размеры трубопроводов должны соответствовать указанным отверстиям. Выполнение требования о минимальной длине прямых участков трубопроводов обязательно с точки зрения некоторых точек замера давления и температуры, а также некоторых устройств измерения расхода (расходомеров). В данном Разделе рассматриваются вопросы расположения трубопроводов и допустимые исключения. Необходимо принять решения по приведенным выше вопросам и отразить ход принятия решений в протоколе испытаний.

 

4.3.2 На Рис. 4.1 приведены типовые варианты конфигурации впускных трубопроводов, требующихся для компрессоров. Минимальная длина прямого участка впускного трубопровода определяется тем, что находится выше по потоку отверстия входного устройства. Четыре приемника статического давления должны располагаться как минимум в 24 дюймах выше по потоку отверстия входного устройства. Ниже по потоку приемников статического давления должны располагаться четыре приемника температуры,

они должны быть смещены на 45 градусов относительно приемников давления и должны располагаться как минимум на 12 дюймов ниже по потоку приемников давления.

В отдельных случаях, когда атмосферные условия удовлетворяют требованиям, допускается проведение испытаний компрессора без использования входных трубопроводов, как показано на Рис. 4.2. Отверстие входного устройства должно быть защищено (решетчатым) экраном, кроме того, приемный конус должен быть спроектирован таким образом, чтобы возможность попадания посторонних частиц в проточную часть была исключена, а потери на входе были минимальными (см. пункт 4.4). Полное давление на входе равняется атмосферному давлению. Средства измерения температуры должны располагаться на экране в целях измерения температуры воздушного потока на входе в компрессор.

Для компрессоров с осевым входным устройством, рабочее колесо, при некоторых условиях, может генерировать вихрь в точке замера давления, что вносит значительную по величине ошибку в измеренную величину давления на входе. Пользователи настоящей Методики, при наличии согласия сторон, могут использовать в конструкции агрегата лопатки направляющего аппарата, спроектированные таким образом, чтобы потери давления были небольшими, что позволит предотвратить вращение приемников давления. Четыре приемника статического давления должны располагаться выше по потоку фланца компрессора, на минимальном расстоянии равном, четырем диаметрам трубопровода, как показано на Рис. 4.3.

 

4.3.3 Типовая конфигурация выходных трубопроводов, требующихся для компрессоров, приведена на Рис. 4.1. Указана минимальная длина прямого участка выходного трубопровода, который требуется в районе постановки контрольно-измерительных приборов. Четыре приемника статического давления должны располагаться как минимум в 24 дюймах ниже по потоку отверстия выходного устройства. Ниже по потоку приемников давления должны располагаться четыре приемника температуры, которые должны быть смещены на 45 градусов относительно приемников давления и должны располагаться как минимум на 8 дюймов ниже них по потоку.

Допускается использование альтернативного расположения в том случае, если компрессор, эксплуатирующийся в качестве пневматической машины, характеризуется скоростным давлением (скоростным напором) на 5 процентов меньшим, чем абсолютное давление. В таком случае, испытания компрессора допускается проводить без выходного трубопровода, как показано на Рис. 4.4. Температура выходящего газового потоказамеряется на выходном устройствекомпрессора.

В том случае, когда компрессор имеет улитку, которая создает несимметричность потока на отверстии выходного устройства, приемники статического давления должны располагаться ниже по потоку на минимальном расстоянии, равном шести диаметрам трубопровода, как показано на Рис. 4.5. Прочие минимальныерасстояния приведены на Fig. 4.1.

 

 

 

 


 

 


 

РИСУНОК 4.4  ВЫХОДНОЕ УСТРОЙСТВО ОТКРЫТОГО ТИПА

 

 

В целях минимизации эффекта воздействия несимметричности потока, при наличии согласия сторон, допускается использование спрямляющего лопаточного аппарата, сконструированного для снижения потерь давления, как указано в пункте 4.5.

 

4.3.4 На Рис. 4.6 и 4.7 приведены типовые компоновки для проведения испытаний систем со стандартным закрытым контуром, а также закрытым контуром с параллельным потоком.

 

 

4.4 ЗАЩИТНЫЕ ЭКРАНЫ

 

4.4.1 Компрессоры, которые имеют конфигурацию с отрытым входным устройством, должны быть защищены экраном или фильтром, пригодным для использования в соответствующих условиях окружающей среды.

В общем случае, защитный экран на входном устройстве должен быть достаточно прочным, чтобы предотвратить явление схлопывания в случае непреднамеренного забивания ячеек. Шаг ячеек в сетке защитного экрана должен быть выбран таким образом, чтобы предотвратить попадание посторонних предметов в систему, что может привести к повреждениям компрессора или ухудшить его рабочие характеристики. Испытания, проводимые на атмосферном воздухе в качестве испытательного газа не могут считаться показательными, если в воздухе присутствует пыль, масляный туман, брызги краски или прочие посторонние вещества, которые загрязнить проточную часть компрессора. Защитные экраны должны иметь живое сечение как минимум в два раза большее по площади, чем входное устройство компрессора или входной патрубок трубопровода. В случае использования защитных экранов или фильтров с малым шагом сетки,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

 


 

 

давление на входе должно замеряться с помощью приемников статического давления, согласно данным Рис. 4.1 для прямой трубы. В случае, когда фильтры или экраны используются в замкнутом контуре, рекомендуется принимать меры предосторожности, как например выполнение замеров дифференциального давления.

 

 

4.5 СТАБИЛИЗАТОРЫ И СПРЯМИТЕЛИ ПОТОКА

 

4.5.1 По взаимному согласию сторон, принимающих участие в испытаниях, допускается использование спрямителей потока как указано на Рис. 4.3 and 4.5. Указанные спрямители потока могут быть выполнены в виде простых спрямляющих лопаток, Рис. 4.8, эскиз (а), где отношение L/Dбудет больше или равно единице, или в случае многоканальной конструкции спрямителя, см. Рис. 4.8, эскиз (b), где отношение длины участка спрямления к диаметру трубы больше или равно восьми, а максимальный диаметр канала спрямляющего устройства не превышает 1/8 D.

 

4.5.2 В случае наличия соответствующего требования в PTC 19.5, необходимо выполнить установку стабилизаторов потока. См. Рис. 4.8,эскиз (c). Стабилизатор потока представляет собой пластину с массивом отверстий, сконструированную таким образом, чтобы она создавала как минимум двукратное снижение статического давления расчетного скоростного напора в данном отрезке трубопровода. Потребная общая площадь отверстий определяется по следующей формуле:

 

 

 

Где

Ah= общая площадь отверстий в пластине, кв. дюймов.

Ap= площадь поперечного сечения или трубы, кв. дюймов.

qi= объемный расход на входе, куб. фут/мин

pi= плотность на входе, фунтов массы на куб. фут

Dp= диаметр трубопровода, дюймов.

pp= плотность газа в трубопроводе выше по потоку пластины стабилизатора, фунтов массы на куб. фут

p= снижение давление при прохождении потока через пластину, фунтов на кв. дюйм

 

Пластина должна содержать не менее 50 отверстий на один квадратный фут площади, с равномерным расположением отверстий, но не менее 50 отверстий.

 

4.5.3 В тех случаях, когда это затребовано документом РТС 19.5, следует применять комбинацию стабилизатора потока и спрямляющего аппарата вместе с измерительными форсунками. См. Рис. 4.8, эскиз (d). Спрямитель потока должен быть многоканального типа как показано на Рис. 4.8, эскиз (b), перед ним, выше по потоку, на расстоянии в половину диаметра трубопровода ним устанавливается стабилизатор потока. Альтернативным вариантом является использование трех стабилизаторов потока, расположенных на расстоянии одного диаметра трубопровода друг от друга, как показано на Рис. 4.8, эскиз (e).

 

 

4.6 ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ

 

4.6.1 Для получения общей информации в части средств измерения давления, см. PTC 19.2.

В качестве стандартных средств измерения давления в диапазоне давлений, вероятных при проведении испытаний компрессоров, необходимо использовать датчик давления и грузопоршневой манометр. Допускается использование преобразователей давления и прочих средств измерения давления. Указанные устройства могут быть откалиброваны с помощью грузопоршневой манометров или датчиков давления. Грузопоршневые манометры должны бытьсертифицированы соответствующейлабораторией. В том случае, когда замерная труба заполнена жидкой средой, необходимо предусмотреть использование средств измерение уровня жидкости, кроме того, в расчет необходимо внести поправку на гидравлический напор неравномерно распределенной жидкости.

 

4.6.2 Для работы в среднем сегменте диапазона следует выбирать манометры с трубкой Бурдона или схожие по конструкции приборы. Диаметр циферблата и расположение штрихов на шкале должны способствовать простоте считывания показаний. Температура манометра в процессе калибровки должна быть не более, чем на 40°F больше, чем температура окружающей среды в ходе испытаний.

 

4.6.3 Конструкция датчиков давления может характеризоваться наличием как двух (U-образная), так и одной трубок. Применение датчиков давления малого диаметра может привести к существенным ошибкам вследствие действия капиллярных сил, изменяемых менисков, а также ограниченного отделения пузырьков газа, увлеченного потоком жидкой среды. Эффект влияния указанных ошибок может меняться в зависимости от типа жидкости, диаметра и гладкости трубы. В случае использования датчиков с одной трубкой, до и после проведения испытаний необходимо контролировать правильность определения нулевого положения. Манометрическая жидкость должна быть химически стабильной при контакте с испытательным газом и металлическими деталями контрольно-измерительного прибора. До проведения испытаний необходимо определить удельную массу и коэффициент температурного расширения жидкости. Дополнительную информацию см. в PTC 19.2.

 

4.6.4 Выбор датчиков давления и грузопоршневых манометров должен осуществляться с учетом диапазона давления. Грузопоршневые манометры не рассчитаны на резкие скачки давления, и, где необходимо, они должны устанавливаться параллельно с манометрами с трубкой Бурдона, преобразователями или другими средствами измерения.

 

4.6.5 Преобразователи должны быть подобраны таким образом, чтобы их рабочие диапазоны давления соответствовали уровням давления при проведении испытаний. Калибровка преобразователей должнаосуществляться до и после каждогоиспытания. В случае применения оборудования автоматического сбора данных вместе с реле давления и одним преобразователем, данный преобразователь должен позволять измерять давление на всем диапазоне. При использовании реле давления, следует учитывать, что прибору необходим такой временной запас при переходе к каждой последующей точке, чтобы этого времени было достаточно для того, чтобы давление преобразователя достигало равновесия для каждой выбранной точки отбора давления. Определение равновесного состояния должно быть частью рабочих процедур измерительной системы.

28


 

 

 

 

 

 


 

 

4.6.6 Расчет скоростного давления необходимо выполнять на основании средней скорости. (См. пункт 5.4.3.)

 

4.6.7 Статическое давление должно рассчитываться как среднее арифметическое, вычисляемое из отдельных необработанных результатов измерений, полученных с четырех точек замера, расположенных через 90 градусов относительно друг друга в одном и том же сечении трубы. Диаметр отверстий для отбора статического давления не должен превышать четыре десятых толщины стенки трубы и при нормальных условиях не должен превышать 1/8 дюйма. Внутренняя поверхность отверстия должна быть гладкой, без заусениц. Предпочтительным типом соединения является такое соединение, которое достигается путем приварки соединительной детали к трубе, после чего выполняется сверление отверстия. Допускается использование приемников полного давления для выполнения замеров давления в тех же точках, где выполнялись замеры статического давления. В тех случаях, когда абсолютные величины замеров с четырех точек различаются более чем на один процент, следует установить реальную причину таковых различий и внести поправку в условия. Дляполучения дополнительной информации, см. PTC 19.2.

 

4.6.8 Давление на входе – это полное давление на входе в компрессор. Это сумма статического давления и скоростного давления. Замеры статического давления должны выполняться так, как указано на Рис. 4.1 или 4.3 для входных участков трубопроводов. В случае отсутствия впускных трубопроводов, как, например, на Рис. 4.2, замер полного давления на входе следует выполнять с помощью барометра.

Замер полного давления может быть выполнен напрямую посредством использования приемников полного давления, введенных в поток (такие приемники должны быть ориентированы надлежащим образом или должна быть использована поправка на направленность указанных средств измерения, чтобы гарантировать точность измерений). На значения замеров, полученных с помощью приемников полного давления, может в разной степени влиять пространственное расположение средств измерения. В случае наличия значительной по величине непрояснённой разницы при выведении величины полного давления из статического давления и средней скорости, преимущественную силу должен иметь результат вычислений, основанный на статическом давлении.

 

4.6.9 Давление на выходе – это полное давление на выходе из компрессора. Оно должен рассчитываться как сумма статического давления и скоростного давления. Замеры статического давления должны выполняться так, как указано на Рис. 4.1. В случае отсутствия выпускных трубопроводов, как, например, на Рис. 4.4, замер статического давления на выходе следует выполнять с помощью барометра. Выходное устройство открытого типа не должно использоваться, если скоростное давление (вычисленное из площади выпускного отверстия) превышает величину в 5 процентов статического давления.

Замер полного давления может быть выполнен напрямую посредством использования приемников полного давления, введенных в поток (такие приемники должны быть ориентированы надлежащим образом или должна быть использована поправка на направленность указанных средств измерения, чтобы гарантировать точность измерений).

На значения замеров, полученных с помощью приемников полного давления, может в разной степени

влиять пространственное расположение средств измерения. В случае наличия значительной по величине непрояснённой разницы при выведении величины полного давления из статического давления и средней скорости, преимущественную силу должен иметь результат вычислений, основанный на статическом давлении.

 

4.6.10 В начале и в конце каждой точки замера при испытаниях должны регистрироваться показания барометра и температура в зоне расположения контрольно-измерительного прибора. Контрольно—измерительный прибор должен располагаться в зоне проведения испытания. Он должен быть защищен от влияния погодных явлений, прямого солнечного света и перемен температуры. Необходимо принять меры предосторожности в целях недопущения образования зон отрицательного давления в непосредственной близости к барометру, такие зоны могут образоваться под влиянием сильного ветра, входных устройств компрессора или работающих вентиляторов. Необходимо определить высоту расположения контрольно-измерительного прибора с учетом положения компрессора и внести соответствующие поправки. Для получения дополнительнойинформации, см. PTC 19.2.

 

4.6.1 1 Выполнение замеров внутреннего давления требуется только в случае, когда рабочие характеристики каскада (каскадов) необходимы для расчета внутренних условий (в качестве альтернативы, см. определение, приведенное в настоящей Методике в пункте 3.5.6). В силу наличия множества различных конфигураций внутренних каналов в конструкции компрессоров с параллельным потоком, в настоящей Методике отсутствует точная информация о том, где и как следует размещать препарацию для замера внутреннего давления. В качестве руководящей рекомендации, можно сказать, что в основном потоке должны располагаться четыре приемника давления (статического или динамического). Указанные приемники давления должны располагаться таким образом, чтобы входящий параллельный поток не оказывал влияния на необработанные данные (см. Рис. 4.12). Обычно достаточно сложно выполнить точный замер внутреннего давления на выходе со ступени, поскольку при нормальных условиях эта зона является областью высоких скоростей, кроме того, там возможны локальные изменения скорости, направления потока и давления. Неопределенность данного измерения должна быть отражена в анализе погрешностей, а указанным точкам замера должно быть присвоено величина неопределенности.

 

 

4.7 ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

 

4.7.1 Для получения общей информации в части средств измерения температуры, см.PTC 19.3, Методика измерения температуры. Температура должна замеряться термопарами или ртутными термометрами или прочими устройствами эквивалентного класса точности. Характеристики диапазона шкал, чувствительности и необходимой точности таких средств измерения должны выбираться для каждого значимого замера на основании конкретных требований. При выполнений любых замеров температуры рекомендуется соблюдать перечисленные ниже меры предосторожности:

30

 

средства измерения должны быть установлены таким образом, чтобы значение термической проводимости от радиации, конвекции и теплопроводности между термочувствительным элементом и всеми внешними нагретыми телами (стенка трубы, гильзы внешних частей термометра и термопары и т.д.) было пренебрежимо малым в сравнении с теплопроводностью между датчиком и средой, в которой выполняется замер. Одним из средств решения данной задачи может выступать изоляция тех деталей гильзы термометра или кожуха термопары, и т.д., которые выступают за границы внешнего диаметра трубы. В некоторых случаях, может быть необходима изоляция стенки трубы в зоне установки термометра или, возможно, изоляция участка трубы выше по потоку термометра.

Средство измерения температуры должно быть погружено в поток газа на глубину, достаточную для того, чтобы минимизировать величину неизбежной теплопроводности. Онине должны быть перпендикулярны стенке. В целях увеличения теплообмена на стенки измерительного канала следует наносить масло или другую теплопроводящую жидкость.

При выполнении замера температуры текучей среды, следует принять меры предосторожности, для того, чтобы избежать установки средств измерения температуры в застойных зонах.

 

4.7.2 В случае выбора жидкостного термометра, возможно понадобится выполнение непредвиденных (срочных) поправок на выступающий столбик ртути. Для получения дополнительной информации, см. 19.3.

 

4.7.3 Спай в термопарах должен быть выполнен с помощью соединения с серебряным припоем или сварки. Выбор материалов должен соответствовать температуре и составу газов, замер которых выполняется. Необходимо выполнять калибровку узла в сборе, включая, средство измерения, спай и проволочные выводы. Если гильза встроена в конструкцию термопары, то в этом случае гильза также должна быть включена в конфигурацию калибруемого средства измерения.

 

4.7.4 Диаметр и толщина стенок гильзы термометра должна быть настолько малыми, насколько этого позволяют условия. Необходимо осуществить оценку параметров гильзы на соответствие условиям предполагаемого использования в части определения времени задержки и необходимых регулировок, которые должны быть выполнены. В целях устранения необходимости или минимизации регулировок термопары должны быть приварены к нижней части гильзы.

 

4.7.5 Резистивные температурные датчики или терморезисторы (термисторы) следует подбирать под соответствующий диапазон. К выбору устройств данного типа следует подходить с внимательностью, поскольку некоторые устройства могут иметь относительно долгое время срабатывания.

 

4.7.6 Полная температура равна сумме статической температуры и скоростной температуры. Скоростную температуру допускается не принимать в расчет для случаев, когда число Маха меньше, чем 0.11 для потоков газов или воздуха со скоростью меньшей, чем 125 футов/сек. При нормальных условиях, фактически замеренной температурой является значение между статической и полной температурой. Затем скоростную температуру пересчитывают на коэффициент восстановления, после чего пересчитанное значение прибавляют к величине, полученной

посредством выполнения замера в ходе проведения испытания (см. пункт 5.4.4). Специальные датчики температуры, предназначенные выполнения замеров полной температуры, или требуют незначительной корректировки или вообще не требуют корректировки.

 

4.7.7 Температура на входе – это полная температура на входе в компрессор. Когда испытания компрессора осуществляются при наличии впускного трубопровода, четыре приемника температуры должны быть расположены через 90 градусов относительно друг друга, а также смещены на 45 градусов относительно четырех датчиков статического давления (см. Рис. 4.1 или 4.3). Для случаев агрегатов с открытым входным устройством, как, например, на Рис. 4.2, полная температура на входе – это температура атмосферного воздуха, ее замер необходимо выполнять с помощью четырех контрольно-измерительных приборов, закрепленных на защитном экране. Как правило, в случаях, когда необработанные результаты измерений, полученные с 4 (четырех) точек замера, различаются более чем на 0.5 процента абсолютной температуры, причины таких различий в величинах должны быть выявлены, а условия откорректированы. Для машин с низким температурным перепадом при определении допустимых пределов следует применять анализ неопределенностей. Различные варианты превышения величины в 0.5 процента по причинам, не связанным с погрешностью средств измерений, например в связи с неверным конструкторским решением, могут потребовать применения более, чем 4 (четырех) точек измерения.  

 

4.7.8 Температура на выходе – это полная температура на выходе из компрессора. Когда компрессор проходит испытания в сборе с выпускным трубопроводом, средства измерения должны располагаться согласно данным на Рис. 4.1 или 4. через 90 градусов относительно друг друга, а также смещены на 45 градусов относительно четырех приемников давления В случае отсутствия выпускных трубопроводов, четыре контрольно-измерительных прибора должны быть закреплены в плоскости выпускного отверстия с достаточной глубиной погружения в поток газа. Когда необработанные результаты измерений, полученные с 4 (четырех) точек замера, различаются более чем на 0.5 процента абсолютной температуры, причины таких различий в величинах должны быть выявлены, а условия откорректированы. Различные варианты превышения величины в 0.5 процента по причинам, не связанным с погрешностью средств измерений, например в связи с неверным конструкторским решением, могут потребовать применения более, чем 4 (четырех) точек измерения.

 

4.7.9 В силу наличия множества различных конфигураций внутренних каналов в конструкции компрессоров с параллельным потоком, в настоящей Методике отсутствует точная информация о том, где и как следует размещать препарацию для замера внутренней температуры (см. пункты 3.5.5 и 3.5.6). В качестве руководящей рекомендации, можно сказать, что в основном потоке должны располагаться четыре приемника температуры. Указанные приемники давления должны располагаться таким образом, чтобы входящий параллельный поток не оказывал влияния на необработанные данные (см. Рис. 4.12). Обычно достаточно сложно выполнить точный замер внутренней температуры на выходе со ступени, поскольку при нормальных условиях эта зона является областью высоких скоростей

31


 

 

 

 

 

Величина неопределенности данного измерения должна быть отражена в анализе неопределенностей при помощи величин параметров неопределенности, соответствующих конкретным точкам замера. Измерение внутренней температуры необходимо осуществлять во всех случаях внутреннего смешивания основного и параллельного потоков.

 

 

4.8 ИЗМЕРЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

 

4.8.1 Замер расхода допускается выполнять с помощью измерительного патрубка ASME, диафрагмы с отверстием с прямоугольными краями, классической трубы вентури (также известной как труба вентури Хершеля), или прочих устройств с аналогичным или более высоким классом точности. Для получения общих инструкций, а также детального описания различных основных узлов и вариантов их применения, необходимо обратиться к документу PTC 19.5, Измерение расхода. Прочие ссылки содержатся в Приложении D. Заинтересованные стороны должны прийти к взаимному согласию относительно типа средства измерений, которое будет применяться, кроме того, выбор должен быть констатирован в протоколе испытаний.

 

4.8.2 Измеритель расхода может быть расположен как со стороны входа, так и со стороны выхода с компрессора. Измеритель должен использоваться в целях замера чистой производительности на нагнетание, или в случае пневматической машины, чистой производительности, направленной на вакуумирование, величина которой не включает в себя потери от концевых утечек (через зазор между корпусом и валом), потери через уравновешивающие поршни, конденсацию, и прочие штатные утечки, свойственные конструкции компрессора. Для проведения замеров на каскадах, которые имеют несколько входных или выходных потоков необходимо использовать несколько измерительных устройств.

 

4.8.3 Могут использовать патрубки с открытым входным устройством. Конфигурация патрубка, показанная на Рис. 4.9 может использоваться при проведении испытаний компрессоров в качестве пневматических машин. Минимальная длина прямого участка трубы за соплом, должна равняться или превышать величину в пять диаметров трубы, в то время как диаметр трубы должен превышать критический диаметр сопла как минимум в 1.66 раза. В соответствиис инструкциями пункта 4.4, необходимоиспользовать защитный экран.

Полное давление выше по потоку равняется барометрическому давлению. Дифференциальное давление замеряется двумя приемниками статического давления, расположенными на расстоянии ½ диаметра ниже по потоку от фланца сопла. Температура измеряется датчиками, закрепленными на защитном экране.

 

4.8.4 Допускается использование патрубков с выходными соплами открытого типа: на Рис. 4.10 и 4.11 изображены варианты размещения измерительного сопла на выходном конце патрубка для использования в тех случаях, когда целесообразно осуществлять продувку газа в атмосферу. При докритических величинах расхода, дифференциальное давление в сопле ∆р, будет меньше, чем барометрическое давление, а его величину необходимо определять с помощью трубок (приемников) для измерения полного давления, так, как показано на Рис. 4.10. В тех случаях, когда действующее давление газа позволяет, размер сопла может быть изменен для работы на критических уровнях расхода. В таком случае, дифференциальное давление будет превышать барометрическое, а его величину необходимо измерять с помощью приемников статического давления, расположенных как минимум на расстоянии 1 диаметра выше по потоку сопла, как показано на Рис. 4.11. В обоих случаях, минимальная длина прямого участка трубы перед соплом должна равняться десяти диаметрам трубы, в то время как диаметр трубы должен превышать критический диаметр сопла как минимум в 1.66 раза. Точки замера температуры должны располагаться на расстоянии 6 диаметров выше по потоку. Необходимо использовать спрямитель или стабилизатор потока, согласно данным пункта 4.5. Специалистам, которые прибегают к использованию указанной конфигурации, должны быть предупреждены о необходимости отслеживания разницы между критическим и докритическим расходом. Не следует забывать тот факт, что при использовании трубок (приемников) для измерения полного давления, скорость подхода должна учитываться в величине результата измерений.

 

4.8.5 Необходимо применять формулы для расчета массового расхода для всего спектра средств измерения расхода в порядке, установленном документом PTC 19.5. Для различных расходомерных элементов методика включается в себя: определение коэффициента расхода, коэффициента расширения текучей среды, а также коэффициента теплового расширения средства измерения.

32


 

 

 

Специальное примечание: для любых конфигураций сопла, величина d не должна превышать 0.6 D

 

 

РИСУНОК 4.10  ВЫХОДНОЕ СОПЛО НА ПАТРУБКЕ ОТКРЫТОГО КОНТУРА, ДОКРИТИЧЕСКИЙ (ЛАМИНАРНЫЙ) ПОТОК

 

 


 

РИСУНОК 4.11  ВЫХОДНОЕ СОПЛО НА ПАТРУБКЕ ОТКРЫТОГО КОНТУРА, КРИТИЧЕСКИЙ ПОТОК

 

 

 

4.9 СОСТАВ ГАЗА

 

 

4.9.1 Состав испытательного газа должен быть известен. Минимальным требованием является выполнение отбора проб в начале и в конце каждого испытания.

 

4.9.2 При проведении испытаний агрегатов в конфигурации с закрытым контуром необходимо принять особые меры предосторожности в целях удаления любых жидкостей из потока газа и измерительных линий. При работе с газовыми смесями с непостоянным составом, необходимо выполнять отбор проб в каждой точке замера при испытаниях, а также проводить их анализ с помощью спектрографического, хроматографического или химического методов.

Образцы должны отбираться из таких труб, в которых отсутствует конденсация на участках перед компрессором или точками отбора проб. Указанный анализ должен заключаться в определении компонентов газовой смеси, измерении молярного процента каждого компонента и оценки его молекулярной массы. В случае использования воздуха в качестве испытательного газа, отбор проб не является обязательным. Тем не менее, необходимо осуществлять замер относительной влажности или точки росы для каждой точки замера при испытаниях.

 

4.9.3 Следует обратить внимание на тот факт, что в то время как испытательный газ может не демонстрировать свойство конденсации, температура газ, находящегося в измерительных линиях будет ниже, (т.е. комнатной температуры) и, при некоторых условиях, произойдет конденсации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

 

4.10 ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИВРАЩЕНИЯ

 

 

4.10.1 При использовании приводов с регулируемой скоростью, необходимо выбрать средства измерения таким образом, чтобы они позволяли получать непрерывную индикацию изменения скорости вращения. В этих целях также рекомендуется использовать два контрольно-измерительных прибора, для проверки результатов замера с одного прибора показаниями другого.

 

4.10.2 Скорость вращения компрессора, приводимого с помощью синхронного двигателя, может быть рассчитана из количества полюсов двигателя и частоты вращения вала силовой установки. Если конструктивно зубчатая передача располагается на участке между точкой замера и валом компрессора, то относительную частоту вращения следует определять исходя из подсчета количества зубьев.

 

4.10.3 Детализированная информация касательно средств измерения скорости вращения содержится в PTC 19.13, Измерение скорости вращения.

 

 

4.1 1 ИЗМЕРЕНИЕ ВРЕМЕНИ

 

4.11.1 Дата и время снятия результатов измерений должны быть зафиксированы во всех записях данных.

 

 

4.12 МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИНА ВАЛУ

 

4.12.1 Входную мощность на валу в зонемуфты или привода компрессора можноизмерить напрямую с помощью:

 

(a) измерителей крутящего момента

(b) средств измерения, закрепленных на рабочем колесе

 

или вычислены с помощью:

(c) измеренного значения величины электрической мощности, сообщаемой приводящему электродвигателю

(d) метода теплового баланса

(e) расход тепла через систему охлаждения контура

 

4.12.2 Описание мер предосторожности, ограничений и допустимых вариантов применения для каждого из указанных методов дается отдельно. Пользователи Методики должны выбирать метод, наиболее подходящий в каждом соответствующем случае применения. Детальные инструкции по замеру мощности на валу приведены в документе PTC 19.7, Измерение мощности на валу.

 

 

4.13 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ НА ВАЛУ ПОСРЕДСТВОМ ИЗМЕРЕНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА

 

4.13.1 Крутящий момент может быть замерен непосредственно с помощью устройств, установленных на приводной вал на участке между приводящим механизмом и компрессором. Для тех испытаний, которые проводятся в полном соответствии с настоящей Методикой, должны выбираться измерители крутящего момента такого типа, который бы позволял выполнять калибровку указанных измерителей.

Выбор элемента конструкции, с которого снимаются показания о величине крутящего момента, должен быть

осуществлен таким образом, чтобы гарантировать возможность и точность снятия показаний в части частоты вращения и нагрузок в ходе проведения испытаний.

 

 

4.14 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ НА ВАЛУ ПОСРЕДСТВОМ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

 

 

4.14.1 Мощность на валу, сообщаемая компрессору с приводом от электродвигателя, при определенных условиях может быть вычислена из электрической мощности на клеммах двигателя. Расход мощности компрессора должен быть выше половины номинальной мощности двигателя. Мощность двигателя должна вычисляться путем вычитания величин потерь из измеренного значения электрической мощности, или как произведение мощности и КПД. КПД (электрической машины) должен определяться по входным и выходным параметрам, где выходные параметры замеряются с помощью откалиброванного динамометра или другого механизма, подходящего для решения данной задачи.  В ходе процесса определения КПД, напряжение в сети при калибровке должно равняться напряжению в сети в ходе проведения испытаний компрессора.

 

4.14.2 Определение КПД по входным и выходным параметрам может быть нецелесообразным для крупногабаритных двигателей. Для двигателей такого типа допускается применение метода определения КПД исходя из величин потерь. Перечень отдельных видов потерь асинхронного электродвигателя должен включать в себя потери на трение и сопротивление воздуха, потери в сердечнике, потери в обмотке (l2Rloss) ротора и статора, а также потери нагрузочные потери. Указанные измерения должны осуществляться в соответствии с действующими стандартами ANSI.

 

4.14.3 Электрическая мощность, сообщаемая двигателю, должна замеряться контрольно-измерительными приборами, подключенными к клеммам двигателя. Детальные инструкции в части измерения электрической мощности в своем исходном виде содержатся в IEEE 120.

Отсчетные устройства электроизмерительных приборов должны выбираться таким образом, чтобы считывание показаний выполнялось в зоне выше одной третьей диапазона шкалы прибора.

 

4.14.4 При вычислении электрической мощности должны быть учтены калибровочные поправки контрольно-измерительных приборов и измерительных трансформаторов тока. В части трансформаторов тока: должны выполняться замеры параметров коэффициента трансформации и угла сдвига фаз для основных режимов нагрузки при проведении испытаний.

 

 

4.15 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ НА ВАЛУ С ПОМОЩЬЮ МЕТОДА ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА

 

4.15.1 В тех случаях, когда измерение мощности на валу не представляется возможным или целесообразным напрямую, допускается ее определение с помощью расчетного метода, исходя из параметров производительности, свойств газа на входе и на выходе,

 

34


 

 

 

 

 

 


 

РИСУНОК 4.12  ТИПОВАЯ КОНСТРУКЦИЯ АГРЕГАТА С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМИ ПОТОКАМИ,

ЗОНА ВХОДНОГО УСТРОЙСТВА

 

 

теплообмена через корпус, механических потерь, а также потерь на утечки газа через уплотнения вала.

 

4.15.2 Методы вычисления механических потерь представлены в пункте 4.18. Потери тепла в окружающую среду можно оценить на основании данных пункта 4.17.

 

4.15.3 Метод теплового баланса необходимо применять в связке со следующими мерами предосторожности и ограничениями.

(a) Определение температуры на входе и на выходе должно осуществляться с помощью средств измерения, выбранных и используемых таким способом, чтобы совмещенная погрешность (точность) измерения не превышала 1 процента от разности температур. Когда такая разница составляет менее 50°F, следует изучить вариант применения прямого замера перепада

температур (например, с помощью дифференциальных термопар). Наличие неравномерности температурного распределения в величине более двух процентов от разницы температур в точках замеров, располагающихся как на входе, так и на выходе, может потребовать применения нижеуказанных процедур к точке замера, в которой обнаружена неравномерность:

 

(1) Нанесение изоляции на участок трубопровода, выше по потоку точки замера температуры в целях минимизации перепада температур. В случае положительного результата, переустановка средства измерения может не потребоваться.

(2) Удаление точки замера температуры за пределы компрессора, а также нанесение изоляции на трубопровод.

Это может быть особенно эффективно в тех случаях,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

 

Когда температурное расслоение становится причиной проблем на выходе с компрессора.

(3) Осуществите оценку распределения температуры в поперечном сечении используя 10 точек, расположенных вдоль каждой из двух поперечных линий диаметра, которые пересекаются под углом 90 градусов и находятся в одном и том же поперечном сечении трубы. 10 мест постановки средств измерения вдоль каждой из линий должны максимально близко соответствовать средним радиусам пяти кольцевых поверхностей равной площади, причем суммарная площадь указанных кольцевых поверхностей должна равняться полной площади поперечного сечения трубы. (Центральная область будет представлять собой не кольцо, а окружность). Измеренная температура будет равнятьсясредней величине 20 отдельных замеров.

(b) Для агрегатов с параллельным потоком, где определение внутренней температуры является обязательным условием, в идеальном варианте следует использовать четыре зоны замеров. Тем не менее, это может оказатьсянецелесообразным. В любом случае, необходимо осуществлять измерение температуры двух потоков перед внутренней областью смешения. Результат измерения температуры смешанных потоков за областью смешения может быть недостоверным и не должен использоваться в расчете в силу свойственной данному типу машин слабой степени внутреннего смешивания.

(c) До начала считывания испытательных данных необходимо установить температурное равновесие. Равновесие, соответствующее критериям приемлемости, подтверждается наличием шести или более массивов данных, полученных средствами измерения, снимаемых через равномерные промежутки времени, с длительностью временного периода снятия данных равной как минимум 10 (десяти) минутам, причем, в течение указанного периода времени величина изменения температурного перепада не должна превышать 5 процентов от самой величины температурного перепада (разности температур).

(d) Величины тепловых потерь на излучение и конвекцию, выраженные в процентах от общей мощности на валу, не должны превышать 5 процентов. (См. пункт 4.17.)

(e) При проведении испытаний второго типа, газ на входе быть перегрет как минимум на 5 градусов.

 

 

4.16 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ НА ВАЛУ С ПОМОЩЬЮ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛООБМЕННИКА

 

4.16.1 В тех случаях, когда измерение мощности на валу не представляется возможным или целесообразным напрямую или с помощью метода теплового баланса компрессора, а теплообменник входит в конфигурацию испытываемого оборудования, допускается использовать величину количества тепла, переданного охлаждающей воде, в целях расчета общей мощности на валу компрессора.

 

4.16.2 Методы учета механических потерь представлены в пункте 4.18. Оценку потерь тепла в окружающую среду через корпус, трубопроводы и охладитель допускается выполнять в соответствии с данными пункта 4.17.

 

4.16.3 Метод определения мощности на валу с помощью параметров теплообменника необходимо применять в связке со следующими мерами предосторожности и ограничениями.

(a) Подача охлаждающей жидкости должна осуществляться так, чтобы параметры давления и температуры жидкости были настолько устойчивы, чтобы

колебания величины расхода охлаждающей жидкости не превышали 2 процентов, а колебания величины температурного перепада не превышали 1 процента.

(b) Измеритель расхода охлаждающей жидкости должен быть выбран и откалиброван таким образом, чтобы максимальная погрешность при условиях проведения испытаний не превышала ½ процента.

(c) Норма расхода охлаждающей жидкости должна быть выбрана таким образом, чтобы разность температур составляла не более 20°F.

(d) Два или более контрольно-измерительных прибора должны использоваться в каждом из мест, где охлаждающая жидкость вводится и выводится из системы.

(e) Для того, чтобы обеспечить должную степень смешивания выходящего потока перед точками замера температуры, должны использоваться завихрители или прочие устройства закручивания потока.

(f) Величины тепловых потерь на излучение и конвекцию через трубопроводы газового контура, компрессор и охладитель не должны превышать 5 процентов от общей мощности на валу. Рекомендуется выполнить изоляцию трубопровода между выходным фланцем компрессора и входным устройством охладителя.

(g) До начала считывания испытательных данных необходимо установить температурное равновесие. Равновесие, соответствующее критериям приемлемости, подтверждается наличием шести или более массивов данных, полученных средствами измерения, снимаемых через равномерные промежутки времени, с длительностью временного периода снятия данных равной как минимум 10 (десяти) минутам, причем, в течение указанного периода времени величина изменения температурного перепада не должна превышать 5 процентов от самой величины температурного перепада (разности температур).

 

 

4.17 ПОТЕРИ ТЕПЛА

 

4.17.1 Для тех случаев, когда в целях определения мощности используется метод теплового баланса или метод определения с помощью параметров теплообменника, рекомендуется минимизировать потери тепла за счет применения соответствующего материала. Если разность температур сжатого газа составляет менее 50°F, то впускной трубопровод, корпус компрессора и выпускной трубопровод должны быть изолированы, по крайней мере, до места точки замера. Потери тепла в окружающую среду через корпус компрессора и соединительные трубопроводы можно рассчитать с приемлемой точностью, базируясь на измерении площади открытой (неизолированной) поверхности, средней температуры поверхности, а также температуры окружающей среды. В зонах, где температура нагретой поверхности изменяется в широком диапазоне, так как это происходит в крупногабаритных многокаскадных компрессорах, рекомендуется разбить всю поверхность корпуса на участки произвольной формы, и определять температуру каждого участка отдельно, и, таким образом, вычислить приближенную интегрированную усредненную температуру всей поверхности.

 

4.17.2 В тех случаях, когда устройство охлаждения находится между точками замера на входе и на выходе, являясь частью конструкции компрессора, необходимо выполнять измерение температуры и расхода охлаждающей жидкости. Примерами могут выступать компрессоры с охлаждением мембран, межступенчатыми (промежуточными) охладителями

36

 

или вторичными теплообменниками, являющихся частью конфигурации, проходящей испытания.

 

 

4.18 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ

 

4.18.1 Когда уместно, тепловой эквивалент механических потерь (неразъемные зубчатые передачи, подшипники и уплотнения) должен высчитываться из перепада температур охлаждающей жидкости. Объем текучей средыдолжен определяться с помощьюоткалиброванных расходомеров. Тепловой эквивалент внешних потерь, а также потерь на трение в механических уплотнения, в случае использования последних, должен быть высчитан и включен в общие механические потери.

В тех случаях, когда величины механических потерь хорошо известны и подтверждены документально, по согласию сторон допускается использование расчетных значений или значений, полученных до проведения испытаний.

 

4.18.2 В случае когда коробка приводов (которая не является конструктивным элементом компрессора) используется на участке между приводящим механизмом и компрессором, а мощность на валу измеряется с входной стороны редуктора, для определения мощности на валу на входе в компрессор будет необходимо вычесть потери на трение и сопротивление воздуха в зубчатой передаче (из величины общих потерь). В зубчатой передаче потери мощности на смазочно-охлаждающую жидкость могут быть определены путем измерения расхода и разности температур. Величина дополнительных потерь в атмосферу может быть определена с помощью методов, приведенных в пункте 4.17. В тех случаях, когда измерение потерь через зубчатую передачу выполняется посредством проведения отдельного испытания коробки приводов/редуктора, следует помнить о том, что параметры нагрузки, а также температуры, вязкости и расхода смазочного масла должны гарантированно соответствовать указанным параметрам коробки приводов/редуктора в ходе испытаний указанных узлов в сборе с компрессором.

 

 

4.1 9 КАЛИБРОВКА СРЕДСТВИЗМЕРЕНИЙ

 

4.19.1 Все средства измерения, используемые в ходе испытаний, должны быть сертифицированы на момент проведения испытаний посредством сравнения с соответствующими эталонными образцами, которое должно быть выполнено до проведения испытаний. Те средства измерений, калибровочные настройки которых подлежат изменению вследствие использования, транспортировки или воздействия опасных условий, после проведения испытаний должны быть повторно проверены на соответствие стандартам.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.19.2 Средства измерения давления (даптчики и преобразователи с трубкой Бурдона, и т.д.) должны быть откалиброваны с помощью силоизмерительной машины непосредственного нагружения или грузопоршневого манометра с шагом в 5 процентов от предполагаемого диапазона измерений. Контрольно-измерительные приборы, на результат измерений которых может повлиять температура, должны быть откалиброваны в том же диапазоне температур, который является основным в ходе их использования.

 

4.19.3 Средства измерения температуры (термопары, ртутные термометры, резистивные датчики температуры, термистеры, и т.д.) должны быть откалиброваны с помощью аттестованных эталонных образцов с шагом 20 процентов от диапазона измерений. Образец должен соответствовать диапазону измерений контрольно-измерительных приборов, которые подлежат калибровке. В целях отслеживания точности замеров следует использовать процедуры, описание которых приведено в документе PTC 19.3, Измерение Температуры. Проверка калибровки термопар должна включать в себя контроль рабочего спая, проволочного вывода и индикаторного прибора. Калибровка резистивных датчиков температуры и термистеров должна осуществляться в составе полной системы.

 

4.19.4 Средства измерения электрической мощности, такие как ваттметры, амперметры и вольтметры должны калиброваться с помощью первичных эталонов. Необходимо выполнить контроль уставок нуля. Также необходимо контролировать трение стержня. Средства измерения с наличием трения стержня использоваться не должны. Допускается выполнение калибровки средств измерений типа динамометра с помощью прямого или переменного тока. В измерительных трансформаторах тока должны контролироваться следующие параметры: коэффициент трансформации и угол сдвига фазы в пределах всего диапазона нагрузок, действующих в ходе проведения испытаний. Коэффициент трансформации в трансформаторах напряжения необходимо замерять при таких значениях первичного напряжения и частоты, которые преобладают в ходе проведения испытаний.

 

4.19.5 Калибровка измерителей крутящего момента должна осуществляться с помощью аттестованных эталонных грузов, тензодатчиков или прочих соответствующих средств измерений, предназначенных для работы в данном диапазоне. В части контрольно-измерительных приборов типа тензодатчика: необходимо осуществлять поверку щеток, проволочных выводов и индикаторного прибора.

37


 

 

Раздел 5   Расчет результатов

 

5.1 ФОРМАТ

 

5.1.1 Методика расчета. Процесс определения рабочих характеристик компрессора на основании результатов испытаний состоит из нескольких этапов расчетов. Информации данного Раздела представлена в следующем хронологическом порядке:

 

·        Выбран вариант реального или идеального газа.

·        В случае если предполагается проводить испытания 2 типа, выполнен расчет величины оборотов, соответствующей требованиям.

·        Обработаны первичные результаты испытаний.

·        Выполнен расчет рабочих характеристик.

·        Характеристики, выявленные в результате испытаний, выражены в безразмерном (параметрическом) виде

·        Введены поправки на число Рейнольдса.

·        Безразмерные (параметрические) уравнения с учетом поправок использованы для расчета рабочих характеристик при заданных рабочих условиях.

 

Важно, чтобы численное изучение неопределенности выполнялось в рамках отдельного расчета. Данный Раздел представлен в таком формате, чтобы пользователь ознакомился с базовыми методиками расчета и необходимыми уравнениями. В Приложении Е содержится теоретическая информация, а также дальнейшие пояснения в части уравнений.

 

 

5.2 МЕТОДЫ РАСЧЕТА ДЛЯИДЕАЛЬНОГО И РЕАЛЬНОГО ГАЗОВ

 

5.2.1 Выбор методов. Испытательный и заданный газы могут рассматриваться как идеальные или реальные в зависимости от соответствующих термодинамических свойств. В контексте настоящей Методики, идеальными называются такие газы, которые находятся в пределах из Таблицы 3.3. Те газы, свойства которых выходят за указанные пределы, считаются реальными. Общепризнанными являются три различных вида анализа газов в рамках процедуры вычислений. Обоснованный выбор делается на основании типа выбранного газа, знания его свойств и заданной точности вычислений.

 

5.2.1.1 Метод идеального газа. Газ может считаться идеальным, в том случае, когда его свойства не выходят за рамки значений, приведенных в Табл. 3.3. Предельные величины в таблице определены таким образом, чтобы использование уравнения идеального газа давало результатом максимальный уровень неопределенности приблизительно в один процент от КПД и два процента от удельного объема на выходе

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Допускается использование уравнения состояния идеального газа, 144 pv = RT, а также соответствующих производных уравнений, приведенных в Табл. 5.1 и 5.4.

 

5.2.1.2 Метод Шульца. Газ можетрассматриваться в качестве реального спомощью метода Шульца [см. Прил. (D.13)] в том случае, когда для этого газа известны коэффициенты сжимаемости. Для этого используется уравнение состояния реального газа, 144pv = ZRT, а также соответствующие производные уравнения, приведенные в Табл. 5.2 и 5.4. В целях нахождения численных значений коэффициента сжимаемости, удельной теплоты, а также параметров X и Y, необходимо использовать среднюю арифметическую величину от условий на входе и на выходе. Метод Шульца обычно используется, когда условия на выходе не известны, и, кроме того, требуется прогнозная оценка показателя политропы, n. Требуется отдельная итерация для того, чтобы перейти к условиям среднего арифметического.

Графики, представленные на Рис. 3.6 (для Х) и на Рис. 3.7 (для Y), даны в качестве справочной информации. Они являются производными от обобщенного графика коэффициента сжимаемости. Конкретные значения X и Y могут быть получены для любого испытания или заданного состава газа.

 

5.2.1.3 Методы табличных свойств и уравнения состояния. Чистые газы и газовые смеси, свойства которых хорошо известны и существуют в качестве табличных данных, могут рассматриваться в качестве реальных газов.

Для чистых компонентов, а также газовых смесей существует множество уравнений состояния коррелирующихся со свойствами газа. Множество обобщенных уравнений состояния дают в достаточной степени точную прогнозную оценку свойств газа, которая должна использоваться в совокупности с расчетными методами. Использование любого из двух указанных методов потребует выполнения итерационных процессов в целях удовлетворения требований уравнений в Табл. 5.2 - 5.4.

 

5.3 ВЫБОР СКОРОСТИ ГАЗОВОГО ПОТОКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ВТОРОГО ТИПА

 

5.3.1 Выбор испытательного газа. Тип газа, используемого в целях установления численных величин рабочих характеристик испытываемого компрессора, может быть следующим: это может быть газ с заданными эксплуатационными свойствами или газ, свойства которого позволяют установить критерий подобия при эквивалентных условиях.

39


 

 

ТАБЛИЦА 5.1  БЕЗРАЗМЕРНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА

 

Параметр

Математическое описание вычислений при заданных эксплуатационных условиях

Номер уравнения

Условие ограничения

Коэффициент расхода

[5.1T-1]

Коэффициент затраченной работы

[5.1T-2]

Коэффициент изоэнтропической работы

[5.1T-3]

Коэффициент политропической работы

[5.1T-4]

 

Где 

[5.1T-5]

 

Изоэнтропический КПД

[5.1T-6]

Политропический КПД

[5.1T-7]

Коэффициент полной работы

См. Табл. 5.3

 

 

Для идеальных газов с постоянными значениями удельной теплоты

[5.1T-8]

 

 

и

[5.1T-9]

 

ОБЩЕЕ ПРИМЕЧАНИЕ: Для обработки (выражения) безразмерных параметров должны быть выбраны подходящие единицы измерения. Дальнейшие пояснения касательно уравнений содержатся в Приложении Е.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

40


 

 

ТАБЛИЦА 5.2  БЕЗРАЗМЕРНЫЕ ПАРАМЕТРЫ РЕАЛЬНОГО ГАЗА

 

Параметр

Математическое описание вычислений при заданных эксплуатационных условиях

Номер уравнения

Условие ограничения

Коэффициент расхода

[5.2T-1]

Коэффициент затраченной работы

[5.2T-2]

Коэффициент изоэнтропической работы

[5.2T-3]

 

Где 

[5.2T-4]

 

 

и 

[5.2T-5]

 

Коэффициент политропической работы

 

 

 

 

[5.2T-6]

 

Где 

[5.2T-7]

 

Изоэнтропический КПД

 

[5.2T-8]

[Продолжение таблицы см. на следующей странице]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

41


 

 

ТАБЛИЦА 5.2  (ПРОДОЛЖЕНИЕ)

БЕЗРАЗМЕРНЫЕ ПАРАМЕТРЫ РЕАЛЬНОГО ГАЗА

 

Параметр

Математическое описание вычислений при заданных эксплуатационных условиях

Номер уравнения

Условие ограничения

Политропический КПД

 

 

 

[5.2T-9]

Коэффициент полной работы

См. Табл. 5.3

 

 

ОБЩЕЕ ПРИМЕЧАНИЕ: Для обработки (выражения) безразмерных параметров должны быть выбраны подходящие единицы измерения. Дальнейшие пояснения касательно уравнений содержатся в Приложении Е.

 

5.3.2 Выбор величины оборотов при испытаниях. Требование в части ограничения по объемной доле, представленное в Табл. 3.2, может быть соблюдено за счет контроля величины оборотов при испытаниях. Требуемая величина оборотов при испытаниях вычисляется из

 

Где

Описание поправки на число Рейнольдса для агрегата, Remcorr представлено в пункте 5.6.3.

Для того чтобы применить данные уравнения, необходимо знать величину показателя политропы, который является функцией от политропического КПД.

Для любого газа

и,

Для идеального газа,

С ограничением, что

 

 

Для реального газа, применяя метод Шульца

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

42

         

 

 

Где

До проведения испытаний известны только приближенные значения КПД для испытательных и заданных эксплуатационных условий. В тех случаях, когда определить более точно приближенные значения КПД не представляется возможным, они могут быть определены из расчетного значения

 

5.3.3 Обоснование величины оборотов при испытаниях. В тех случаях, когда реальные условия проведения испытаний отличаются от оценочных значений, наиболее целесообразная величина оборотов при испытаниях будет иметь отклонение от величины оборотов при испытаниях, которая была рассчитана ранее. Некоторые отклонения являются допустимыми. Величина оборотов при испытаниях является приемлемой, при условии, что отклонения не выходят за пределы, приведенные в Табл. 3.2.

 

 

5.4 РАСЧЕТЫ НА РАБОЧИЕ УСЛОВИЯ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ИСПЫТАНИЙ

 

Расчет рабочих характеристик для условий проведения испытаний осуществляется в соответствии со следующими процедурами.

 

5.4.1 Приемлемость необработанныхданных. Результаты измерений должны проверяться на согласованность с ограничениями, приведенными в Разделах 3 и 4. См. PTC 19.1 для получения информации относительно контроля данных на наличие резко отклоняющихся значений.

 

5.4.2 Обработка первичных данных. В целях получения значений, используемых для расчета результатов, необходимо выполнить обработку первичных (необработанных) данных.

 

5.4.2.1 Калибровка и поправки. Необработанные данные должны корректироваться с помощью применимых калибровочных подстроек. Необходимость применения калибровочных подстроек и поправок обусловлена компонентами системы индикации и методикой измерений. В соответствии с требованиями, необработанные данные должны быть скорректированы на основании:

(a) калибровочных настроек средств измерений и измерительной системы

(b) параметров коленей трубок в линиях приборов, измеряющих давление (liquid legs inpressure measurement lines)

(c) тепловых эффектов

(d) поправок на выступающий столбик ртути термометра

(e) отличий в параметрах гравитации для конкретной местности.

 

5.4.2.2 Преобразование данных. Далее из общего числа замеров (необработанные данные) для каждой точки замера выводится среднее значение скорректированных первичных данных. Указанные

 

 

 

 

усредненные данные рассматриваются в качестве показания прибора. Затем, показание переводится в абсолютные единицы измерения давления, температуры и т.д.

 

5.4.2.3 Отклонение. Для получения значения в точке замера используются три или более показаний. Допустимые отклоненияпоказаний приведены в Табл. 3.4. Отклонениевысчитывается путем определения разницымежду максимальным и минимальнымпоказаниями и делением на среднее значениевсех показаний

 

 

 

Где,

F = отклонение, выраженное в процентах(Табл. 3.4)

AH = максимальное показание

AL = минимальное показание

Ai = i-ое показание

n = общее количество показаний

В случае, если величины отклонений не выходят за рамки предельных значений, приведенных в Табл. 3.4, точка считается пригодной.

 

5.4.2.4 Данные в точке замера при испытаниях. В целях нахождения среднего значения, отдельные показания собираются и делятся на общее количество показаний. Указанное усредненное значение затем используется в качестве данных в точке замера при испытаниях.

 

5.4.2.5 Полные условия. Для выполнения процедуры расчета, данные статической точки замера газового состояния должны быть преобразованы до значений полных (абсолютных?) условий. Это не исключает необходимости окончательного представления данных в разрезе статических условий, однако, абсолютные величины используются в промежуточных расчетах.

Связь между статическими и абсолютными свойствами зависит от скорости. В этом документе усредненные абсолютные свойства рассчитываются из средней скорости в точке замера.

Величина средней скорости в точке замера определяется из

 

 

Упрощенные методы пересчета между статическими и полными условиями при малых значениях числа Маха для текучих сред приведены ниже по тексту. Усовершенствованный метод для более высоких значений числа Маха представлен в Приложении G. Расчет числа Маха для идеальных газов выполняется на основании формулы

 

43


 

 

5.4.3 Давление при испытаниях

 

5.4.3.1 Упрощенный метод. Для точек замера, которые характеризуются значением числа Маха текучей среды равным 0.2 или меньшим, влияние сжимаемости является незначительным. Примерную оценку величины скоростного давления с достаточно высокой степенью точности можно получить, предположив, что в точке замера поток является несжимаемым, и выполнив расчет приближенного значения плотности на основании замеренных величин статического давления и температуры.

Таким образом,

 

 

5.4.3.2 Усовершенствованный метод. Для тех случаев, когда число Маха текучей среды в точке замера больше 0.2, или когда нужен более точный расчет средней скорости, применяется усовершенствованный метод, описание которого приведено в Приложении G. Данный метод базируется на предположении об установившемся (равномерном) сжимаемом потоке в точке замера.

 

5.4.4 Температура при испытаниях

 

5.4.4.1 Коэффициент восстановления. Температура, регистрируемая чувствительным элементом (датчика), как правило, является значением между статической и полной температурой, в зависимости от того, может ли датчик восстанавливать превращенную кинетическую энергию газового потока. Указанное свойство определяется в зависимости коэффициента восстановления,

 

 

Величина коэффициента восстановления в основном зависит от геометрической конфигурации, ориентировки и числа Маха текучей среды. Аппаратура, стандартизованная согласно Методике проведения испытаний PTC 19.3, и используемая при скоростях менее 300 футов/сек, имеет коэффициент восстановления для воздуха равный 0.65. Информацию касательно величин коэффициентов восстановления для различных контрольно-измерительных приборов, можно получить у производителей средств измерений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Величина полной температуры при испытаниях рассчитывается из величины замеренной температуры с учетом влияния коэффициента восстановления.

 

5.4.4.2 Упрощенный метод. Разницу между полной и статической температурами можно оценить из:

 

 

Вышеприведенное уравнение является точным для идеальных газов (при использовании среднего cp). Оно дает менее точный результат для реальных газов, и, таким образом, его следует использовать с осторожностью для реальных газов с числами Маха текучей среды, превышающими 0.2 (см. Приложение G).

Уравнение выше и определение коэффициента восстановления rfкомбинируются для расчета

 

 

5.4.4.3 Усовершенствованный метод. Для тех случаев, когда число Маха текучей среды в точке замера больше 0.2 для реальных газов, в целях получения информации относительно более точных методов привязки величины полной температуры к измеренной температуре используется Приложение G. В случаях предельных отклонений от поведения идеального газа, таких как, например, около критической точки, величина полной температуры может в значительной степени отличаться от значений, приведенных в пункте 5.4.4.1, кроме того, для таких случаев следует применять методы, описание которых представлено в Приложении G.

 

5.4.4.4 Определение температуры на выходе при проведении испытаний на основании величины мощности на валу. Альтернативный метод определения температуры на выходе при проведении испытаний представлен в пункте 5.4.7.6.

 

5.4.5 Плотность при испытаниях и удельный объем. Величина полной плотности при испытаниях рассчитывается из полного давления при испытаниях и полной температуры следующим образом:

 

 

для идеальных газов, а также,

 

 

для реальных газов.

 

Полный удельный объем при испытаниях является величиной, обратной полной плотности.

44


 

 

 

5.4.6 Расход газа при испытаниях. Опытное значение величины расхода рассчитывается согласно формулам, соответствующим типу индикаторного прибора, используемого при проведении испытаний. В некоторых случаях, параметры вторичных потоков, таких как течи, при взаимном согласии сторон, допускается определять полностью расчетным путем, а не посредством выполнения замеров.

 

5.4.6.1 Массовый расход. Величины расходов при испытаниях определяются как массовый расход среды в соответствующей точке.

 

5.4.6.2 Объемный расход. В настоящей Методике используется определение расхода в процессе выполнения расчетов в единицах измерения объемного расхода, который равняется:

 

 

где

w = массовый расход

p = полная плотность

Данное определение согласуется с использованием полных характеристик (свойств) в процессе расчета. Оно не включает фактический местный объемный расход, поскольку он основывается на полной, а не на статической плотности. Все ссылки на расчетный объемный расход подразумевают данное определение до тех пор, пока не указано иное.

 

5.4.7 Мощность при испытаниях. Расчет мощности при испытаниях зависит от способа измерений. Представлять интерес могут как мощность на валу, так и мощность газового потока. Мощность на валу – это мощность, подаваемая на приводной вал компрессора. Мощность газового потока – это мощность, сообщаемая газовому потоку в рамках соответствующего каскада (каскадов).

 

5.4.7.1 Методы, прямого замера мощности на валу. В тех случаях, когда мощность на входе измеряется с помощью таких приборов как измерители крутящего момента, динамометры, или поверочный двигатель, расчет мощности на валу выполняется с помощью соответствующей формулы. Мощность газового потока вычисляется посредством вычитания величины паразитных потерь из мощности на валу (см. пункт 5.4.7.5для получения информации касательно паразитных потерь).

 

измеренная величина

 
 

 

5.4.7.2 Метод теплового баланса. Мощность газового потока рассчитывается из Первого закона термодинамики, примененного к соответствующему каскаду компрессора, что в итоге преобразований дает следующее уравнение

 

 

 

 

где

 

 

выражает сумму произведений массового расхода-энтальпии для всех потоков, которые пересекают границы каскада.

Qr  теплопередача от границ каскада.

Мощность на валу – это сумма мощности газового потока и паразитных потерь,

 

 

5.4.7.3 Метод регенерации тепла. Испытания на определение количества подводимого тепла являются своего рода формой метода теплового баланса. Мощность газового потокаопределяется формулой

 

 

где

Ww = массовый расход охлаждающейжидкости

CPw, = удельная теплоемкость охлаждающейжидкости

t2 = температура охлаждающей жидкости на выходе

t1 = температура охлаждающей жидкости на входе

Qr = теплопередача от границ каскада

Qext = эквивалент прочих потерь тепла в окружающую среду, например, течи через уплотнения

 

5.4.7.4 Передача тепла через корпус. Потери тепла в окружающую среду или приток тепла из каскада можно вычислить на основании расчетов площади поверхности подверженной действию теплопередачи, средней температуры поверхности и температуры окружающей среды с помощью формулы

 

 

где

Sc = площадь поверхности компрессора и присоединенных трубопроводов рассматриваемого каскада, подверженных действию теплопередачи

 

tc = температура поверхности корпуса

ta = температура окружающей среды

hr = коэффициент теплопередачи поверхности (комбинация конвекции и излучения).

 

В тех случаях, когда температура колеблется в широких пределах, точность расчетов может быть повышена посредством отдельного рассмотрения участков поверхности меньших по площади с последующим суммированием результатов. См. пункты  4.15, 4.16, и 4.17.

 

 

45


 

 

5.4.7.5 Паразитные потери. Под паразитными потерями понимается разница между мощностью на валу и мощностью газового потока в рассматриваемом каскаде. Паразитные потери состоят из механических потерь и прочих видов потребляемой энергии, которые не приводят к увеличению энергии газового потока в рассматриваемом каскаде,

 

 

(a) Механические потери. Механические потери всегда рассматриваются в качестве паразитных потерь. Это потери при работе зубчатых передач, подшипников, уплотнений и прочих элементов со смазкой, причем величина указанных потерь может быть рассчитана из роста температуры смазочного материала. Прочие механические потери через уплотнения, подшипники и т.д., которые не приводят к увеличению температуры смазочного материала, должны рассматриваться отдельно. Величина той части механических потерь, которая в явном виде выражается в росте температуры смазочного материала, может быть рассчитана по формуле:

 

 

где

W = массовый расход смазочного или уплотнительного материала

cp = удельная теплоемкость смазочного или уплотнительного материала

t = рост температуры смазочного или уплотнительного материала

 

(b) Прочие паразитные потери. В случае определения параметра через мощность на валу, мощность, расходуемая на привод оборудования собственных нужд, рассматривается в качестве паразитных потерь. Кроме того, мощность, сообщаемая тем каскадам (многокаскадного) компрессора, которые не являются объектом испытаний напрямую, в отличие от соответствующего каскада, который проходит процесс испытаний, также считается паразитными потерями.

В случае использования метода теплового баланса, и включения в расчет суммарной мощности на валу значения мощности, необходимой вспомогательному приводному оборудованию, величина мощности, расходуемой на собственные нужды, также рассматривается как паразитные потери.

 

5.4.7.6 Альтернативный метод определения температуры на выходе при проведении испытаний. В тех случаях, когда температура на выходе не может быть определена с достаточной точностью, может существовать возможность расчета температуры из измеренной мощности на валу.

Метод заключается в следующем:

(a) Выполните расчет мощности газового потока из замеренного значения мощности на валу

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(b) Выполните расчет роста энтальпии измощности газового потока

 

 

что в результате дает

 

 

(c) Рассчитайте температуру торможения потока на выходе из энтальпии заторможенного потока на выходе и давления торможения потока на выходе, согласно свойствам газа.

 

ПРИМЕЧАНИЕ: Для реальных газов потребуется повторяющиеся вычисления.

 

 

5.5 БЕЗРАЗМЕРНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

В целях подтверждения выполнения условий ограничений, указанных в Табл. 3.2, осуществляется расчет перечисленных ниже безразмерных параметров на условиях проведения испытаний.

5.5.1 Число Маха агрегата. Число Маха агрегата рассчитывает с помощью формулы

 

 

Для идеальных газов,

 

 

Для реальных газов,

 

 

5.5.2 Число Рейнольдса агрегата. Число Рейнольдса агрегата рассчитывает с помощью формулы

 

 

(a) Для центробежных компрессоров

U = окружная скорость по концевой кромке лопаток первого рабочего колеса, футов/сек

b = ширина выходной части рабочего колеса первой ступени, футов

υ  = кинематическая вязкость газа при входных условиях, кв. футов/сек

 

 

46


 

 

(b) Для осевых компрессоров

U= окружная скорость в точке максимального сечения входной кромки лопаток ротора первой ступени, футов/сек

b= хорда концевой кромки лопатки ротора первой ступени, футов

v= кинематическая вязкость газа, кв. футов/сек

 

5.5.3 Коэффициент удельного объема. Коэффициент удельного объема – это отношение суммарного удельного объема на входе к суммарному удельному объему на выходе.

 

 

5.5.4 Коэффициент объемного расхода. Коэффициент объемного расходе междулюбыми двумя точками х и у в границах одногокаскада задается уравнением

 

 

Для компрессоров без параллельных потоков отношение объемного расхода на входе к объемному расходу на выходе ограничено пределом коэффициента удельного объема. Для компрессоров с параллельным потоком также применяется ограничение по соотношению величин объемных расходов, представленное в Табл 3.2.

 

5.5.5 Коэффициент расхода. Коэффициент расхода рассчитывается с помощью формулы

 

 

где wrotor – это массовый расход соответствующего потока на входе в ротор (рабочее колесо), затем происходит сжатие данного потока. Указанный параметр отличается от измеренного массового расхода на величину расхода через течи и параллельный поток, который возникает между входов в ротор и точкой замера расхода. На Рис. Е.2 представлено схематическое изображение основного и параллельного потоков, а также потока через течи.

 

 

5.6 РАСЧЕТЫ НА ЗАДАННЫЕЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ УСЛОВИЯ

 

Рабочие характеристики при заданных условиях рассчитываются в соответствии со следующими процедурами. Некоторые дополнительные безразмерные параметры вычисляются для условий проведения испытаний, а затем распространяются на заданные условия.

 

 

5.6.1 Однокаскадный компрессор

 

5.6.1.1 Описание. В однокаскадном компрессоре между точками замера на входе и на выходе отсутствует какое-либо охлаждение газа кроме естественного излучения и конвекции. Также отсутствуют какие-либо присоединенные или выведенные потоки газа за исключением потерь в виде течей через уплотнения или канал уравновешивающего поршня. Конденсация отсутствует.

 

5.6.1.2 Процедура расчета для однокаскадных компрессоров. На первом этапе рассчитываются следующие величины:

 

(a) коэффициент расхода

(b) коэффициент затраченной работы

(c) коэффициент политропической работы

(d) политропический КПД

(e) интегральный коэффициент затраченной работы

 

Уравнения, необходимые для расчета данных величин, представлены в Табл. 5.1, 5.2, и 5.3, более детальная информация содержится в Приложении Е. Некоторые из указанных параметров подлежат корректировке на разницу в числе Рейнольдса агрегата между условиями проведения испытаний и заданными эксплуатационными условиями, согласно пояснениям, представленным в пункте 5.6.3. В правом столбце демонстрируется связь между величинами для испытательных и заданных условий.

Вторым этапом является процесс интерполяции. Рабочие характеристики компрессора в одиночной рабочей точке заданных условий определяются как минимум из двух окрестных точек замера при испытаниях. Для осуществления интерполяции, безразмерные параметры заданных эксплуатационных условий рассматриваются в качестве функций коэффициента расхода для заданного эксплуатационных условия. Безразмерные параметры для заданных эксплуатационных условий по каждой из точек могут быть нанесены на график как показано на Рис. 5.1. Плавная кривая соединяет точки, соответствующие результатам замеров. Для двух точек кривая представляет собой простую линейную интерполяцию. Более точная интерполяция данных может быть осуществлена при наличии дополнительных точек при испытаниях и использовании нелинейной аппроксимации кривой.

На третьем этапе рабочие характеристики компрессора выражаются с помощью безразмерных величин для расхода, при целевых заданных эксплуатационных условиях. Для этого коэффициент расхода при заданных эксплуатационных условиях рассчитывается из коэффициента расхода, скорости и целевых условий на входе. Оставшиеся безразмерные параметры рабочих характеристик определяются посредством осуществления процесса интерполяции из этапа 2. Данная информация попросту считывается с кривых, изображенных на Рис. 5.1 в точке с целевым значением коэффициента расхода. Рабочие характеристики компрессора в целевой точке заданных рабочих характеристик на данный момент выражены с помощью безразмерных величин. (Прим. перев.: На языке оригинала данный абзац написан так, что фактически понять его может, наверное, только автор).

Четвертый этап состоит в расчете рабочих характеристик компрессора в формате требуемой размерности. Это делается посредством решения уравнений безразмерных параметров с подставлением целевых величин.

47


 

 

ТАБЛИЦА 5.3

ИНТЕГРАЛЬНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ ЗАТРАЧЕННОЙ РАБОТЫ ДЛЯ ВСЕХ ГАЗОВ

 

Параметр

Математическое описание для рабочих условий при проведении испытаний

Номер уравнения

Условие ограничения

Интегральный коэффициент затраченной работы

(Метод теплового баланса)

[ПРИМЕЧАНИЕ (1)]

 

 

 

 

 

 

[5.3T-2]

Интегральный коэффициент затраченной работы

(Метод теплового баланса)

[5.3T-2]

 

ОБЩЕЕ ПРИМЕЧАНИЕ: Для обработки (выражения) безразмерных параметров должны быть выбраны подходящие единицы измерения. Дальнейшие пояснения касательно уравнений содержатся в Приложении Е.

 

ПРИМЕЧАНИЕ

(1) Данное уравнение применяется к частной модели согласно данным Приложения Е, пункт E.3.12. Некоторые термины могут не применяться в частном случае. Может применяться дополнительная терминология. В целях разработки необходимых уравнений может потребоваться углубленный анализ пункта E.3.12.

 

 

 

Типовые уравнения, которые используются для этой цели, представлены в Табл. 5.4.

Например, в целях расчета давления на выходе для значения расхода при заданных условиях, выполняются следующие действия: (1) рассчитывается степень повышения давления из уже известных коэффициентов политропического КПД и политропической работы для заданных эксплуатационных условий, и (2) давление на выходе как произведение указанной выше величины степени повышения давления и давления на входе для заданных эксплуатационных условий.

 

5.6.2 Многокаскадный компрессор

 

5.6.2.1 Описание. Многокаскадный компрессор – это компрессор, который можно рассматривать в качестве нескольких отдельных однокаскадных компрессоров, работающих последовательно. Поток на выходе из одного каскада образует поток на входе в следующий каскад. Могут быть очерчены границы каскадов для того, чтобы исключить промежуточные узлы, такие как внешние теплообменники

Для того чтобы компрессор мог считаться многокаскадным, должны выполняться следующие условия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(a) Должна иметься возможность сбора испытательных данных по каждому отдельно взятому каскаду как если бы это был отдельный однокаскадный компрессор. Под испытательными данными понимаются величины расхода и оборотов при испытаниях, кроме того, должны быть доступны данные о характеристиках на входе и на выходе для каждого отдельно взятого каскада.

В отдельных случаях, когда параллельный поток примешивается внутри компрессора, условия на входе в зону смешения должны быть определены на основании входных характеристик поступающих потоков.

(b) В случае, когда между каскадами располагается такой узел как промежуточный теплообменник, характеристики такого узла при заданных эксплуатационных условиях должны быть известны.

(c) Количественное различие в характеристиках промежуточного узла между условиями проведения испытаний и заданными эксплуатационными условиями должно оказывать пренебрежимо малое или известное воздействие на характеристики отдельного каскада. То есть, пренебрежимо малое или известное влияние на безразмерные рабочие параметры.

 

5.6.2.2 Метод расчета для многокаскадных компрессоров. Характеристики при заданных эксплуатационных условиях для многокаскадных

48


 

 

РИСУНОК 5.1  КОЭФФИЦИЕНТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ДЛЯ ЗАДАННЫХ УСЛОВИЙ  ПРИ ЦЕЛЕВОМ ЗНАЧЕНИИ ПАРАМЕТРА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ДЛЯ ЗАДАННЫХ УСЛОВИЙ

 

компрессоров рассчитываются на основании полученных расчетным путем характеристик отдельных каскадов при заданных эксплуатационных условиях. Основной метод расчета для каждого каскада аналогичен методу, применяемому при проведении испытаний одиночных каскадов. Данные, полученные в ходе испытаний, приводятся к форме безразмерных параметров рабочих характеристик, которые применяются при заданных эксплуатационных условиях. Рабочие характеристики первого каскада вычисляются в полном соответствии с процедурами вычислений для однокаскадного компрессора.

Вышеуказанная процедура позволяет получить условия на выходе с первого каскада. В случае если промежуточный узел, например промежуточный охладитель, располагается перед входом в следующий каскад, должно учитываться влияние такого узла на параметры расхода и состояния газа.

В случае применения в конструкции теплообменников, должно учитываться его влияние на следующие параметры: снижение температуры, падение давления и отвод конденсата.

В случае смешения потоков, см. пункт E.5. Условия, полученные как результат смешивания, становятся состоянием газа на входе во второй каскад при заданных эксплуатационных условиях. Коэффициент расхода, рассчитанный на основании известной величины расхода газа, превращается в интерполяционный коэффициент расхода для второго каскада. Процесс расчетов повторяется для второго каскада, остальных промежуточных узлов и каскадов, до момента получения результатов расчета на выходе с последнего каскада.

Существование промежуточных узлов не является обязательным для численного изучения компрессора в разрезе нескольких каскадов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

49


 

 

ТАБЛИЦА 5.4

ТИПОВОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ БЕЗРАЗМЕРНЫХ ПАРАМЕТРОВ

 

Параметр

Математическое описание для рабочих условий при проведении испытаний

Номер уравнения

Массовый расход через ротор

[5.4T-1]

Количество нагнетаемого газа

 (Компрессор)

 

(Пневматическая машина)

[5.4T-2]

 

 

 

[5.4T-3]

Производительность

[5.4T-4]

Политропическая работа (напор) на каскад

[5.4T-5]

Степень повышения давления (идеальный газ с постоянными значениями удельной теплоемкости)

[5.4T-6]

 

Где    

[5.4T-7]

Степень повышения давления (реальный газ)

[5.4T-8]

 

Где    

[5.4T-9]

 

[5.4T-10]

 

[5.4T-11]

 

[5.4T-12]

[Продолжение таблицы на следующей странице]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

50


 

 

ТАБЛИЦА 5.4 (ПРОДОЛЖЕНИЕ)

ТИПОВОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ БЕЗРАЗМЕРНЫХ ПАРАМЕТРОВ

 

Параметр

Математическое описание для рабочих условий при проведении испытаний

Номер уравнения

Степень повышения давления (реальный газ) (продолжение)

 

 

или когда используется метод Шульца

 

[5.4T-13]

 

[5.4T-14]

Давление на выходе

[5.4T-15]

Прирост давления

[5.4T-16]

Энтальпия на выходе

[5.4T-17]

Перепад температур (идеальный газ)

[5.4T-19]

 

Температуру на выходе также можно вычислить из энтальпии и давления на выходе при условии наличия соответствующих данных.

 

Мощность газа на каскад

[5.4T-20]

 

Допущение     или   

 

Мощность на валу

[5.4T-21]

 

Допущение     или   

[5.4T-12]

 

ОБЩЕЕ ПРИМЕЧАНИЕ: В процессе определения размерных характеристик должны использоваться единицы измерения, которые согласуются между собой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

51


 

 

Выход с одного каскада может совпадать с входом в другой каскад.

Коэффициенты расхода при заданных эксплуатационных условиях для второго и последующих каскадов являются функциями рабочих характеристик предыдущих каскадов. Указанная зависимость от характеристик предыдущего каскада является результатом действия, которое принято называть совмещением каскадов. В тех случаях, когда геометрия кривых рабочих характеристик отдельных каскадов представляются неправдоподобной, по мере роста числа отдельных каскадов, рабочие характеристики компрессора в целом становятся все более чувствительными (Прим. перев.: к неточности данных по каждому из каскадов). Именно по причине влияния совмещения каскадов необходимо строго придерживаться представленного метода расчетов. То, что может показаться незначительной разницей между условиями проведения испытаний и заданными эксплуатационными условиями по каждому из каскадов, может в конечном итоге достаточно серьезно повлиять на показатели общей производительности. Методы расчетов, создатели которых пытаются вводить суммарные поправки, не выполняя конкретных развернутых расчетов в части совмещения каскадов, могут привести к ошибочным результатам.

 

5.6.3 Поправка на число Рейнольдса агрегата

 

5.6.3.1 Общая информация. На характеристики компрессора влияет число Рейнольдса агрегата. Потери на трение во внутренней проточной части изменяются по закону, который аналогичен поведению потерь на трение в трубах или других проточных каналах. В случаях, когда число Рейнольдса агрегата, установленное в условиях проведения испытаний, отличается от того же параметра для заданных эксплуатационных условий, необходимо введение поправки в результаты испытаний в целях точного прогнозирования рабочих характеристик компрессора.

Гидродинамический характер потоков в осевых и центробежных компрессорах относительно сложен. В настоящей Методике термин “Число Рейнольдса агрегата” используется в целях обеспечения основания определения. Поправка в числе Рейнольдса агрегата для центробежных компрессоров, рекомендованная в данном Разделе, основывается на информации по Ссылке (D.3), однако приведена в упрощенной форме для того, чтобы облегчить ее применение. Информация о поправке на числе Рейнольдса агрегата для осевых компрессоров остается неизменной с предыдущей редакции настоящей Методики и основывается на информации по Ссылке (D.7).

Применения другого метода внесения поправки должно согласовываться Сторонами до проведения испытаний (См. Приложение F).

 

5.6.3.2 Поправочный коэффициент.Поскольку потери на трение в компрессоре являются функцией от числа Рейнольдса агрегата, допускается введение поправки количества (1 - η). Размерная характеристика поправки является функцией как от соотношения чисел Рейнольдса так и от абсолютного значения числа Рейнольдса агрегата, причем влияние тем сильнее, чем меньше число Рейнольдса агрегата.

 

 

 

 

 

 

 

 

Поправка должна применяться как указано ниже:

(a) Для центробежных компрессоров

 

 

 

где

b = соответствует определению, данному в пункте 5.5.2, футов

υ = средняя шероховатость поверхности проточной части, дюймов.

В величину коэффициента политропической работы должна быть внесена поправка на число Рейнольдса агрегата в том же соотношении что и КПД.

 

 

(b) Для осевых компрессоров

Поправка для осевых компрессоров по-прежнему основывается на информации по Ссылке (D.7), и является функцией только от соотношения чисел Рейнольдса агрегата, без учета абсолютной величины числа Рейнольдса агрегата.

 

 

 

Опять же, как и в случае с центробежным компрессором,

 

 

Применяются ограничения, содержащиеся в Табл. 3.2.

52


 

 

5.6.3.3 Ограничения применения. Поскольку вариабельность параметров рабочих характеристик имеет тенденцию значительного роста при уменьшении значения числа Рейнольдса агрегата, компрессоры, спроектированные для работы при относительно низких значениях числа Рейнольдса агрегата, должны испытываться в условиях близких к заданным. Таким образом, величины минимально и максимально допустимых соотношений между параметрами Remt и Remsp, приведены в Табл. 3.4. Также,см. Приложение F и Табл. E.2.

 

5.6.4 Механические потери. В случае, когда механические потери при заданных эксплуатационных условиях не известны, они могут быть определены на основании уравнения ниже:

 

 

Показатель степени в предшествующем уравнении может варьироваться в зависимости от конструкции подшипников, масляной системы, а также осевых нагрузок и т.д. Обычно данная величина находится в диапазоне между 2.0 и 3.0.

 

 

5.7 АНАЛИЗ ОШИБОК

 

5.7.1 Источник. Информация, представленная в данном Разделе, взята из PTC 19.1.

 

5.7.2 Ошибки. Все измерения содержат ошибки. Ошибка – это разница между результатом измерений и реальной величиной. Накопленная (суммарная) ошибка состоит из двух составляющих. Первая называется систематической ошибкой. Систематические ошибки – это систематические (неслучайные, тенденциозные) отклонения которые включают в себя ошибки по известным причинам, они могут быть исключены посредством выполнения калибровки; ошибки, ничтожно малые по значению, ими можно пренебречь; а также ошибки, оцененные расчетным путем и включенные в анализ неопределенностей. Другой тип ошибок называется случайными ошибками. Случайными ошибками называются несистематические ошибки в повторяющихся измерениях. Не следует ожидать точной согласованности результатов повторяющихся измерений в силу наличия многочисленных источников ошибок.

 

5.7.3 Значение ошибок. Тот, кто принимает решение о проведении испытаний на определение рабочих характеристик, планирует выполнить несколько задач. Задачи могут отличаться в очень широком диапазоне, от определения контрольных показателей для проведения технического обслуживания до подтверждения гарантийных показателей. Пределы допустимых ошибок зависят от целейпроведения испытаний. Величина ошибки в конечном результате должна быть настолько малой, чтобы не перекрывать цель испытаний.

 

5.7.4 Неопределенность. Некоторые средства являются необходимыми с точки зрения количественного определения ошибок в целях определения допустимых пределов ошибок при проведении испытания. Неопределенность – это допустимый предел ошибок измерений или результатов в пределах заданной надежности. Надежность – это частота с которой интервальная оценка параметра предположительно будет содержать истинное значение.

Например, 95 процентов интервала неопределенности позволяют выявить истинное значение с надежностью 95 процентов. То есть, при повторной выборке, когда 95-процентный интервал неопределенности построен для каждой выборки, в долгосрочной перспективе (Прим. перев.: Точнее было бы сказать при достаточно широком диапазоне выборки), интервалы будут содержать истинное значение в 95 процентах случаев.

Анализ неопределенностей – это процесс выявления ошибок в замерах, полученных при проведении испытаний, а также распространение ошибок на окончательный результат. Методология, отраженная в документе ASME PTC 19.1, является стандартом для испытаний, проводящимся согласно Методике ASME PTC 10. Когда необходимо задействование прочих методов, Стороны, участвующие в проведении испытаний, должны согласовать решение о применении таких методов отдельно.

 

5.7.5 Предметный охват АнализаНеопределенностей. Предметный охват анализа неопределенностей, который необходимо осуществить для каждого отдельно взятого испытания, тесно связан с целями испытаний. Охват такого анализа является предметом договоренности Сторон, участвующих в проведении испытаний. Указанное соглашение должно быть подписано до начала испытаний.

 

5.7.6 Методы, приведенные в документе PTC 19.1. В документе PTC 19.1 содержатся сведения и методики, которые дают возможность читателю выбрать наиболее подходящую модель неопределенности для проведения анализа и составления отчета о результатах проведения испытаний. В нем даны определения, описания и иллюстрации различных терминов и методик, которые использовались для формирования обоснованных оценок неопределенности измерений и результатов. Он принципиально согласуется с различными национальными и международными стандартами в рамках указанной темы.

Уникальность целей проведения испытаний, заложенная в Методику PTC 10, исключает необходимость исчерпывающего изложения информации о неопределенности в настоящем документе. Предполагается, что читатель будет обращаться к документу PTC 19.1 для получения детализированной информации, которую необходимо использовать при отдельных испытаниях. В таком случае анализ неопределенностей может быть оптимизирован для выполнения целей таких испытаний.

Нижеуказанные сведения включены в текст для того, чтобы обозначить метод расчетов в общих условиях. В Приложении С.8 настоящей Методики содержится пример с демонстрацией. Другой пример с простым по конструкции компрессором представлен в PTC 19.1. Оба примера направлены надемонстрацию метода. Однако, ни один из них не должен считаться исчерпывающим, кроме того, ни тот ни другой в большинстве случаев не являются показательными с точки зрения обычных или прогнозируемых величин неопределенности.

В документе PTC 19.1 содержится пошаговая процедура расчетов, которая должна выполняться до и после каждого испытания.

В кратком изложении она состоит из следующих этапов:

Этап 1 – Определение процесса измерений.

(a) Анализ целей проведения испытаний и продолжительности испытаний.

53


 

 

(b) Составление перечня всех независимых параметров измерений и их номинальных уровней.

(c) Составление перечня всех калибровочных параметров и настроек контрольно-измерительных приборов.

(d) Определение функциональной зависимости между независимыми параметрами и результатами испытаний.

Этап 2 – Составление перечня причин возникновения элементных ошибок.

(a) Исчерпывающий перечень всех возможных причин ошибок измерений.

(b) Группировка причин ошибок на основании параметров калибровки, сбора данных, и обработки данных.

Этап 3  Оценка элементных ошибок.

(a) Выполнить оценку каждой ошибки, которые были внесены в перечень из Этапа 2 выше.

(b) Классифицировать ошибки как систематические или случайные.

Этап 4 – Выполнение расчета систематических и случайных ошибок для каждого из параметров.

Этап 5 – Распространение систематических и случайных ошибок.

(a) Осуществляется распространениесистематических и случайных ошибок независимых параметров на всю процедуру расчета вплоть до получения конечного результата.

(b) Распространение выполняется согласно функциональной зависимости, указанной выше по тексту Этапа 1 (пункт d) с использованием коэффициентов чувствительности.

Этап 6  Расчет неопределенности1.

(a) Выбор модели UADD и/или URSS.

(b) Получение значения (расчет) неопределенности.

Этап 7 – Отчет о результатах

(a) Расчеты

(b) Табулированные элементные ошибки

(c) Систематические ошибки

(d) Случайные ошибки [t95S], где S = [ΣSi2/Ni]1/2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Модели UADD и URSS являются математическими моделями, которые используются для того, чтобы суммировать (сводить) систематические и случайные ошибки к одному значению неопределенности. UADD позволяет получить надежность приблизительно в 99 процентов, в то время как URSS позволяет получить надежность в 95 процентов в тех случаях, когда ни систематические ни случайные ошибки не могут считаться пренебрежимо малыми по сравнению с прочими ошибками. В случае, когда величина систематической ошибки считается пренебрежимо малой, как UADDтак и URSS дают надежность 95 процентов.

54


 

 

Раздел 6   Протокол испытаний

 

6.1 СОДЕРЖАНИЕ

 

Протокол испытаний должен содержать блоки информации, перечисленные в пункте 6.2, кроме того, при необходимости в нем могут быть представлены другие данные.

В него также должны быть включены копии оригинального журнала учета результатов испытаний; сертификатов поверки средств измерений; при необходимости, данные о КПД первичного источника энергии (двигатель или другой тип); описание конфигурации испытательной установки и средств измерений, и любые специальные соглашения в письменной форме, которые имеют отношение к самим испытаниям или расчету результатов.

В тех случаях, когда испытания производятся для диапазона эксплуатационных условий, результат также должен быть представлен в виде кривых. Кривые должны быть четко идентифицированы для четкого разграничения использования статических или полных условий.

 

 

6.2 ТИПОВОЕ СОДЕРЖАНИЕ ПРОТОКОЛА

 

6.2.1 Общая информация

(a) Дата проведения испытаний

(b) Место проведения испытаний

(c) Изготовитель

(d) Серийные номера и полные обозначенияИзготовителя

(e) Сторона или стороны, осуществляющие проведение испытаний

(f) Представители заинтересованных сторон

(g) Детализированное письменное описание испытаний

(h) Соглашение для идентификации Сторон, участвующих в проведении испытаний

 

6.2.2 Описание объекта испытаний

(a) Тип компрессора; с радиальным потоком (центробежный), с осевым потоком (осевой), и т.д.

(1) Тип рабочих колес; открытые, закрытые, литые, сварные, и т.д.

(2) Количество ступеней

(3) Расположение корпуса и трубопроводов обвязки

(4) Размерные характеристики трубопроводов; на входе и на выходе

(5) Расположение промежуточных охладителей, при наличии

(6) Диаметр рабочего колеса и параметры ширины кромки лопатки

(b) Описание смазочной системы и смазочного материала

(c) Тип уплотнений на валу

(d) Тип и расположение приводного механизма; на одном валу с турбиной, на одном валу с двигателем, двигатель и зубчатая передача, и т.д.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(e) Описание системы охлаждения компрессора и свойств охлаждающего вещества

 

6.2.3 Заданные эксплуатационные условия

(a) Состав газа и его источник для определения характеристик

(b) Параметры газа на входе

(1) Полное и статическое давление1

(2) Полная и статическая температура1

(3) Полная и статическая плотность1

(4) Относительная влажность, в случае необходимости1

(c) Расход газа

(1) Массовый расход на входе и на выходе

(2) Объемный расход на входе и на выходе

(3) Производительность

(d) Статическое и/или полное давление на выходе

(e) Для компрессоров с охлаждением: тип, свойства, расход и температура охлаждающего вещества

(f) Скорость потока

(g) Прочие параметры при необходимости

 

6.2.4 Предполагаемые рабочие характеристики при заданных эксплуатационных условиях

(a) Развиваемый напор

(b) КПД

(c) Потребляемая мощность

(d) Полная температура на выходе

(e) Прочие параметры при необходимости

 

6.2.5 Производные параметры при заданных эксплуатационных условиях

(a) Число Маха агрегата

(b) Степень повышения давления

(c) Коэффициент сжатия

(d) Коэффициент расхода

(e) Число Рейнольдса агрегата

(f) Прочие параметры при необходимости

 

6.2.6 Настройки средств измерения, Методы выполнения измерений

(a) Описание всех допустимых отклонений от настоящей Методики, которые были утверждены путем подписания соответствующего соглашения

(b) Расположение трубопроводов с эскизами и диаграммами

(c) Расположение всех точек замеров сэскизами и диаграммами

 

 

1 Параметры давления, температуры и плотности должны быть однозначно определены как статические или полные условия.

55


 

 

(d) Метод измерения величин расходов

(e) Контрольно-измерительные приборы, используемые для замеров давления, температуры, скорости потока, состава газа, атакже плотности и мощности

(f) Процедуры и аппаратура, используемые длякалибровки контрольно-измерительныхприборов

(g) Калибровочные данные

(h) Точность измерительных приборов

(i) Источник данных о характеристиках испытательного газа

(j) Метод вычисления потерь мощности, если таковой имеется, между точкой замера мощности и входным валом компрессора

(k) Описание метода отбора проб и анализа испытательного газа

 

6.2.7 Средние значения параметров, полученные из результатов испытаний

(Все калибровочные настройки и поправки на ошибки измерительных приборов должны быть применены заранее)

(a) Номер испытательного цикла

(b) Продолжительность испытательного цикла

(c) Величина оборотов

(d) Температура на входе

(e) Показания барометра

(f) Температура окружающей среды по барометру

(g) Статическое давление на входе

(h) Температура по сухому термометру, при наличии соответствующего требования

(i) Температура по смоченному термометру, при наличии соответствующего требования

(j) Температура точки росы, при наличии соответствующего требования

(k) Плотность газа, если данный замер выполняется

(I) Состав газа, если данный замер выполняется

(m) Статическое давление на выходе

(n) Температура на выходе

(0) Данные с расходомера, обычно:

(1) Перепад давления на расходомере

(2) Давление выше по потоку расходомера

(3) Температура выше по потоку расходомера

(4) Диаметр критического (проходного) сечения расходомера

[Пункты с (P) по (W) применимы к компрессорам с охлаждением:]

(p) Расход охлаждающего вещества

(q) Температура охлаждающего вещества на входе

(r) Температура охлаждающего вещества на выходе

(s) Температура газового потока в месте подачи охлаждающего вещества

(t) Температура газового потока в месте отвода охлаждающего вещества

(u) Давление газового потока в месте подачи охлаждающего вещества

(v) Давление газового потока в месте отвода охлаждающего вещества

(w) Объем конденсата, дренированного из охладителя

(x) Входная мощность

(y) Крутящий момент

(z) Расход смазочного материала

(aa) Температура смазочного материала на входе

(bb) Температура смазочного материала на выходе

(cc) Средняя температура поверхности корпуса

(dd) Температура окружающей среды

 

 

 

 

 

 

 

(ee) Площадь корпуса

(ff) Расход через течи

 

6.2.8 Результаты вычислений для условий проведения испытаний

(a) Тип испытания

(b) Номер испытательного цикла

(c) Барометрическое давление

(d) Состав газа

(e) Массовый расход

(f) Статические условия на входе

(1) Давление

(2) Температура2

(3) Коэффициент сжимаемости

(4) Плотность2

(5) Энтальпия

(6) Прочие параметры при необходимости

(g) Объемный расход на входе

(h) Inlet velocity temperature (Температурный градиент скорости на входе?)2

(i) Скоростное давление на входе

(j) Полные условия на входе

(1) Давление

(2) Temperature

(3) Коэффициент сжимаемости

(4) Плотность

(5) Энтальпия

(6) Прочие параметры при необходимости

(k) Производительность

(I) Статические условия на выходе

(1) Давление

(2) Температура2

(3) Коэффициент сжимаемости

(4) Плотность2

(5) Энтальпия

(6) Прочие параметры при необходимости

(m) Объемный расход на выходе

(n) Discharge velocity temperature(Температурный градиент скорости на выходе?)2

(o) Скоростное давление на выходе

(p) Полные условия на выходе

(1) Давление

(2) Температура

(3) Коэффициент сжимаемости

(4) Плотность

(5) Энтальпия

(6) Прочие параметры при необходимости

(q) Течи

(1) Массовый расход через течи

(2) Энтальпия

(3) Потери или приращение энергии

(r) Параллельные потоки

(1) Массовый расход

 

 

2 Может потребоваться решение методом последовательных приближений.

56


 

 

(2) Энтальпия

(3) Усредненные характеристики газовой смеси

(4) Потери или приращение энергии

(S) Массовый расход через ротор

(t) Механические потери

(u) Потери при теплопередаче

(v) Мощность газового потока

(W) Мощность на валу

(x) Напор

 

6.2.9 Расчетные характеристики при проведении испытаний

(a) Полные изоэнтропические условия на выходе

(1) Температура

(2) Плотность

(3) Энтальпия

(b) Коэффициент политропической работы

(1) Общий показатель адиабаты

(2) Политропический коэффициент затраченной работы

(3) Показатель политропы

(4) Политропическая работа

(5) Окружная скорость по концевой кромке лопаток рабочего колеса

(6) Коэффициент политропической работы

(c) Коэффициент изоэнтропической работы

(1) Показатель изоэнтропы

(2) Изоэнтропическая работа

(3) Коэффициент изоэнтропической работы

(d) Политропический КПД

(e) Изоэнтропический КПД

(f) Коэффициент затраченной работы

(g) Интегральный коэффициент затраченной работы

(1) Потери или приращение энергии через течи

(2) Потери или приращение энергии через параллельные потоки

(3) Потери или приращение энергиипосредством теплопередачи через корпус

(4) Механические потери

(h) Коэффициент расхода

(i) Объемное отношение

(j) Число Маха агрегата

(k) Отношение удельных теплоемкостей, на входе и на выходе

(i) Степень повышения давления

 

6.2.10 Поправка на число Рейнольдса агрегата

 

(a) Число Рейнольдса агрегата при условиях проведения испытаний

(b) Число Рейнольдса агрегата при заданных эксплуатационных условиях

(c) Попаравка на число Рейнольдса агрегата

(d) Политропический КПД при заданных эксплуатационных условиях

(e) Коэффициент политропической работы при заданных условиях эксплуатации

 

6.2.11 Результаты расчетов для заданных эксплуатационных условий

(При заданных значениях скорости потока, а также характеристик газа на входе)

(a) Расход

(1) Производительность

(2) Массовый расход на входе и/или на выходе

(3) Объемный расход на входе и/или на выходе

(4) Расход через течи

(5) Конденсация охлаждающего вещества

(6) Расход через параллельные потоки

(7) Прочие параметры при необходимости

(b) Условия на выходе

(1) Статическое и полное давление

(2) Статическая и полная температура на выходе

(3) Коэффициент сжимаемости

(4) Статическая и полная плотность

(5) Прочие параметры при необходимости

(c) Термины, связанные с понятием работы

(1) Политропический напор

(2) Рост энтальпии

(3) Мощность газового потока

(4) Мощность на валу

(5) Прочие параметры при необходимости

 

6.2.12 Анализ неопределенностей

 

6.2.13 Рекомендуемая сводная таблица результатов, сравнение процедур испытаний, результатов замеров после проведения испытаний, и прогнозных значений

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

57


 

 

Приложение А

Использование полного давления и полной температуры для определения рабочих характеристик компрессора

 

(Данное приложение не является частью документа ASME PTC 10-1997.)

 

A.1 Эксплуатационные характеристики компрессора, которые зависят от термодинамических характеристик, в своем определении, в соответствии с положениями настоящей Методики, основаны на условиях полностью заторможенного потока (условиях потока в критической точке) или т.н. полных условиях. Данный подход может вызвать недоумение, в ситуации, когда рассматриваемые принципы не хранятся в памяти. Характеристики компрессора могут быть заданы, по усмотрению, или в величинах давления и температуры при статических условиях потока или величинах давления и температуры при условиях полного торможения потока, и пояснение, приведенное ниже, служит для того, чтобы читатель понимал отличие между двумя указанными способами.

 

A.2 Когда первый закон термодинамики, записанный в виде общего уравнения энергии, применяется к каскаду компрессора, причем границы системы задаются геометрией внутренней стенки корпуса а также поперечными плоскостями, проходящими через входной и выходной фланцы, в условиях отсутствия течей и параллельных потоков, выражение, приведенное ниже принимает вид:

 

 

Подстрочные индексы “α” и “γ сигнализируют о том, что расчет выполняется при статических на входе и на выходе соответственно. Входной и выходной фланцы могут считаться имеющими одинаковую геометрию, что позволяет заключить, что величины гидростатических напоров yα. и yγ, станут равными. Решение уравнения           [A-1] дляWsh в результате приводит к

 

 

В данном выражении участвуют параметры энтальпии в статических условиях, которые были заданы через параметры давления и температуры в статических условиях.

 

A.3 В случае применения методологии, базирующейся на параметрах потока в состоянии полного торможения, уравнение [A-2] преобразуется в

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подстрочные индексы i и d относятся к условиям полностью заторможенного потока на входе и на выходе соответственно, которые устанавливается величинами давления и температуры в условиях полностью заторможенного потока. В ходе процесса торможения

 

 

Различие между статическими условиями и условиями полного торможения потока графически продемонстрировано на Диаграмме Молье, Рис. A.1.

 

A.4 Как видно из Рис. A.1, процесс сжатия проходит между состояниями α и γ. Некоторые расчеты в части процесса внутреннего сжатия могут потребовать использования параметров статических условий, которые являются промежуточными между α и γ. Тем не менее, как показано уравнениями с [A-1] по [A-5], применение параметров полного торможения потока при расчетах внешнего энергетического баланса является отличным способом получения приближенных значений поскольку:

(a) "Взыскание" (Прим. перев.: используется экономический термин, по смыслу контекста имеется в виду “получение части от уже имеющегося”, в настоящем контексте является противопоставлением “кредитованию”) с компрессора посредством приема газа при значении энтальпии для условий полного торможения hi (при значении давления для условий полного торможения потока pi) эквивалентно взысканию посредством приема газа при значении энтальпии для статических условий hα (при значении давления для статических условий pα) с прибавлением величины кинетической энергии

 

 

 

 

 

59


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РИСУНОК A.1 ТОЧКИ ПАРАМЕТРОВ КОМПРЕССОРА ДЛЯ СТАТИЧЕСКИХ И ПОЛНЫХ УСЛОВИЙ

 

и,

(b) “Кредитование” (Прим. перев.: используется экономический термин, по смыслу контекста имеется в виду “предоставление в пользование того, чего не было в наличии”, в настоящем контексте является противопоставлением “взысканию”) компрессора за счет подачи газа при значении энтальпии для условий полного торможения hd(при значении давления для условий полного торможения потока pd) эквивалентно кредитованию посредством подачи газа при значении энтальпии для статических условий hγ (при значении давления для статических условий pγ) с прибавлением величины кинетической энергии

 

 

 

A.5 Предшествующий анализ может быть применим только в силу того, что границы системы были точно определены, таким образом, чтобы заранее исключить необходимость учета каких-либо факторов,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

термодинамических или наоборот, возникающих в границах собственно компрессора. В том случае, если одной из целей стоит исследование внутренних процессов в компрессоре, будет необходимым задать новую систему и соответствующие условия. Изучение внутренних процессов не входит в содержание настоящей Методики.

 

A.6 Другим направлением использования параметров давления и температуры при условиях полного торможения потока с точки зрения настоящей Методики является вычисление производительности. Производительность  это объемный расход, относящийся к условиям на входе. В настоящем документе производительность определяется как массовый расход нагнетаемого газа, деленный на полную плотность на входе при параметрах давления и температуры, соответствующих полным условиям. Такой подход удобен, поскольку он позволяет дать четкое определение объемного расхода, которое логически согласуется с массовым расходом без отсылок к конструкции компрессора.

60


 

 

Приложение В

Свойства газовых смесей

 

(Данное приложение не является частью документа ASME PTC 10-1997.)

 

B.1 Проведение испытаний современных компрессоров может потребовать задействования газовой смеси в качестве испытательного “газа”, либо на основании того, что заданный газ, в свою очередь, является смесью, либо в силу наличия необходимости, по той или иной причине, заменить заданный газ в ходе программы испытаний, и использование смеси является единственным приемлемым методом получения необходимых свойств в условиях газа-заместителя. Использование газовой смеси, в сущности, представляет собой проблему, состоящую из двух частей. В том случае, если свойства газовой смеси таковы, что позволяют рассматривать ее в качестве смеси идеальных газов, в целях определения свойств каждого из составляющих газов допускается использование стандартных методов классической термодинамики. Однако если характеристики смеси таковы, что сама газовая смесь и компоненты отклоняются от уравнения состояния идеального газа, в целях количественного определения величины отклонения должны использоваться другие методы.

Тем не менее, в обоих случаях необходимо располагать точными термодинамическими данными по тем газам, которые будут доступны. В случае наличия точных термодинамических характеристик газа, вне зависимости от того основываются ли они на экспериментальных данных или на объективных методах математического или физического анализа, при выборе массива данных с термодинамическими характеристиками для дальнейшего использования, приоритет должен быть у тех данных, которые были получены экспериментальным путем. В части данной Методики, проблема заключается в определении параметров плотности, энтальпии, удельной теплоемкости и энтропии газов-составляющих смеси при соответствующих параметрах давления и температуры.

 

B.2 В тех случаях, когда термодинамические свойства таковы, что сама газовая смесь, а также ее составляющие должны рассматриваться как реальные газы, метод определения термодинамических характеристик компонентов смеси, а следовательно получения исчерпывающей информации об их свойствах, должен быть согласован в письменном виде до начала испытаний.

После того, как свойства газа определены, предположительно из значений параметров давления и температуры, остальные целевые свойства могут быть получены из графиков, таблиц или уравнений состояния.

 

B.3 Для идеальных газов, молярная концентрация xj любого компонента j, может использоваться в целях определения парциального давления указанного компонента с помощью формулы [B-1] ниже

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Молярный (объемный) анализ является частью массива данных, получаемых в ходе проведения испытаний, он позволяет без труда получить данные по молярной концентрации. В составе однородной (гомогенной) смеси, все газы-компоненты будут иметь ту же температуру, что и сама смесь, что, в свою очередь, позволит получить вторую из двух независимых характеристик, необходимых для определения свойств газа. (Нераспространяется на насыщенный пар). После того, как свойства каждого из компонентов определены таким способом, можно осуществлять определение независимой целевой характеристики и выполнять корректный расчет смеси эквимолярных компонентов на основании метода, который приведен ниже.

 

B.4 После того, как определено значение характеристики для каждого из газов, можно осуществлять расчет соответствующей характеристики для газовой смеси путем суммирования величин отдельных характеристик нарастающим итогом, т.е. количество газа умножается на значение индивидуальной характеристики. Блок уравнений приведен ниже.

 

Энтальпия:

 

 

Энтропия:

 

 

 

 

61


 

 

 

Удельные теплоемкости:

 

 

В предшествующем блоке уравнений, [B-2], [B-5], и [B-8] основываются на параметре массы; [B-3], [B-6], и [B-9] основываются параметре количества вещества (моль), а [B-4], [B-7], и [B-10] на параметре молярной концентрации. Необходимо принять во внимание, что расчетное определение конечной точки изоэнтропического процесса, начинающееся с параметров на входе и заканчивающееся давлением на выходе и величиной энтропии соответствующей входным параметрам, вероятно, потребует использования метода подбора.