كفاءة الضاغط المتساوية: ماذا ، كيف ، عدة أنواع ، أمثلة


الكفاءة المتساوية للضاغط هي مقياس لتدهور كفاءة الطاقة أثناء القيام بالضغط الفعلي مقارنة بالحالة المثالية ، حيث تكون كفاءة الطاقة قصوى.

العمليات المثالية قابلة للعكس ، وبالتالي فإن الجهاز المثالي الذي يظهر قابلية الانعكاس فعال. العمل المنجز في عملية مثالية هو أقصى إنتاج ممكن للعمل. ومع ذلك ، فإن جميع العمليات والأجهزة الفعلية لا رجوع فيها إلى حد ما ، وبالتالي فهي غير فعالة.

ما هي الكفاءة المتساوية للضاغط؟

يتم تعريف الكفاءة المتساوية للضاغط على أنها كفاءة الضاغط عند مقارنتها بعملية متساوية مثالية.

للتعريف كفاءة متوازنة يجب أن نفهم أولاً عملية متناحرة. العملية المتجانسة هي عملية مثالية تكون ثابتة وقابلة للانعكاس على حد سواء. في العالم الحقيقي مثل هذه العملية المثالية غير ممكنة. وبالتالي ، فإن العمل الذي يقوم به ضاغط في عملية متساوية هو حالة مثالية عندما لا يكون هناك تغيير في الانتروبيا.

يتم تعريف الكفاءة المتساوية للضاغط على أنها نسبة العمل المنجز أثناء تنفيذ الضغط دون أي تغيير في الانتروبيا مقابل العمل الفعلي المنجز.

كيف تحسب الكفاءة المتساوية للضاغط؟

حساب الكفاءة المتساوية يتطلب حساب متساوي الاتجاه والعمل الفعلي المنجز

يمكن حساب الكفاءة المتساوية لضاغط الغاز ، إذا كانت درجات حرارة مدخل ومخرج الضواغط معطاة.

دعونا نفكر ،

T2 مثالي = درجة حرارة ركود مثالية عند مخرج الضاغط

T1 = درجة حرارة الركود عند مدخل الضاغط

T2 = درجة حرارة الركود الفعلية عند مخرج الضاغط

ثم،

يمكن حساب الكفاءة المتساوية على أنها nc = (ت2 مثالي -T1 ) / (ت2 -  T1 )

ما هي الكفاءة المتساوية؟

الكفاءة المتساوية هي مقياس الانحراف عن السلوك المثالي لأجهزة تدفق الحالة المستقرة.

تقيس الكفاءة المتساوية فقدان الطاقة في عملية الحالة المستقرة الفعلية مثل عملية التوربينات أو المضخة أو الضاغط وفوهة التدفق عند مقارنتها بعملية العملية ، إذا تم تنفيذها بشكل متساوي.

يتم حساب العمل المنجز للعملية الفعلية ومقارنته مع عملية متوازنة مع الحفاظ على نفس شروط الدخول والخروج. توفر نسبة كل من هذين العمل المنجز كفاءة متوازنة.

 صيغة كفاءة متساوية للضاغط

كفاءة متوازنة ضاغط يتم الإشارة إلى الصيغة من خلال نسبة العمل المثالي أو المتساوي المنجز إلى العمل الفعلي المنجز.

هنا ، تي2يشير إلى درجة حرارة الخروج للحالة المثالية أو متساوية الأضلاع.

           T1 يدل على درجة الحرارة عند المدخل

           T2 يشير إلى درجة الحرارة عند المنفذ للحالة الفعلية

Cp هي الحرارة النوعية ، والتي تعتبر ثابتة. من حيث نسبة ضغط الضغط ، يتم الإشارة إلى الصيغة أعلاه بواسطة: -

أين،

حيث Pr هي نسبة ضغط الضغط ، γ هي نسبة درجات الحرارة المحددة Cp / Cv.

النموذج أعلاه ، يمكن حساب درجة حرارة الخروج الفعلية T2 من خلال

كفاءة متوازنة نموذجية الضاغط

الضغط المتساوي هو نفذت مع الحد الأدنى من العمل المنجز لإجراء تغيير في الخطوة. دائمًا ما يكون العمل الفعلي المنجز أعلى من العمل المتساوي وبالتالي تكون الكفاءة المتباينة أقل من 100.

ضع في اعتبارك مخطط hs أدناه للعمل المنجز بواسطة الضغط المتساوي (ws) مقابل العمل الفعلي المنجز (wa). P1 و P2 هما ضغط الدخول والخروج على التوالي. بالنسبة لنفس ضغوط المدخل والمخرج ، يكون العمل الفعلي المنجز دائمًا أعلى من العمل المتساوي المنجز.

مخطط إنتروبيا المحتوى الحراري

تنخفض كفاءة الضاغط بشكل عام إذا كانت التسربات الداخلية عالية مما يؤدي إلى إعادة تدوير الغاز المضغوط والخسائر الميكانيكية والاحتكاكية.

عادةً ، بالنسبة للضاغط المصمم بكفاءة ، تتراوح الكفاءة المتجانسة من 75 إلى 85٪.

التمرير كفاءة ضاغط متساوي

مثل أنواع الضواغط الأخرى ، تعتمد الكفاءة المتساوية للضاغط اللولبي أيضًا على البناء والتصميم.

تشمل خسائر الكفاءة في الضاغط اللولبي الخسائر الميكانيكية ، وفقدان الطاقة بسبب التسرب الداخلي ، والخسائر بسبب انتقال الحرارة والانحراف عن التشغيل الحراري ، والفقد بسبب انخفاض الضغط في الأنابيب والفقد الذي يحدث عند التحويل من الطاقة الكهربائية إلى الطاقة الميكانيكية في المحرك .

تبلغ الكفاءة الميكانيكية حوالي 90٪ هبوط الضغط وكفاءة التسرب الداخلي حوالي 90٪ وكفاءة المحرك حوالي 90٪. تتلخص هذه الخسائر في الحصول على ضاغط حلزوني عملي بكفاءة تبلغ حوالي 70 ٪. بالنسبة للضاغط اللولبي المزود بوحدة تحكم في السرعة ، يتم تكبد خسائر إضافية بنسبة 5٪.

عند المقارنة بالضواغط الدوارة ، فقد وجد أن الضواغط اللولبية لها كفاءة أقل قليلاً لنفس نسب الضغط.

كفاءة الضاغط الترددية

بالنسبة للضواغط الترددية ، تعتمد الكفاءة المتوازنة بشكل كبير على حجم الضواغط.

عادة ، الحجم الأكبر هو كفاءتها. تبلغ كفاءة الضواغط الترددية المستخدمة في الأجهزة المنزلية 40-60٪. تتميز الضواغط متوسطة الحجم (شبه) الهرمية بكفاءة تتراوح بين 50-70٪. تتميز الضواغط ذات الحجم الكبير بكفاءة 60-80٪ عند التحميل الكامل.

تتمتع الضواغط الترددية عالية السرعة بشكل عام بكفاءة أعلى مقارنة بالضواغط الترددية منخفضة السرعة.

كفاءة إينتروبيك ضاغط الطرد المركزي

تتميز ضواغط الطرد المركزي ذات الحجم المنخفض بكفاءة متوازنة منخفضة مقارنةً بالآلات ذات الحجم الأكبر.

جميع العوامل مثل الخسائر الميكانيكية وفقدان التدفق وفقدان المحرك قابلة للتطبيق لأنواع أخرى من الضواغط تنطبق أيضًا على ضواغط الطرد المركزي.

نظرًا لأن السرعة الدورانية لضاغط الطرد المركزي في ضواغط الطرد المركزي هي وظيفة عكسية للقطر للحفاظ على السرعة المحيطية المرغوبة عند الأقطار الخارجية للدفاعات ، فقد تعمل الضواغط الكبيرة جدًا بسرعات منخفضة (على سبيل المثال ، 3000 دورة في الدقيقة) وقد تعمل الضواغط الصغيرة جدًا تعمل بسرعات عالية جدًا (على سبيل المثال ، 30000 دورة في الدقيقة).

مع انخفاض حجم الضاغط ، يصبح ممر تدفق الغاز ضيقًا. هذا يؤدي إلى خسائر احتكاك أعلى وبالتالي يقلل من الكفاءة المتساوية.

كفاءة متساوية لضاغط التبريد

تتأثر الكفاءة المتساوية لضاغط التبريد بارتفاع درجة حرارة المبرد إلى جانب عوامل أخرى.

تتأثر كفاءة الضاغط المستخدم في خدمة التبريد بتصميم دائرة التبريد. إذا لم يتم تصميم المبخر وجهاز الاختناق وخط الشفط بشكل صحيح ، فقد يؤدي ذلك إلى ارتفاع درجة حرارة المبرد مما يؤدي إلى انخفاض كثافة الغاز مما يؤدي إلى تشغيل الضاغط عند نقطة من أفضل كفاءته.

قيم كفاءة الضاغط المتساوية

تعتمد قيم الكفاءات المتوازنة للضاغط على نوع الضاغط والسعة والسرعة والتصميم والبناء.

الكفاءة المتساوية لضاغط الطرد المركزي تتراوح من 70-85٪. تختلف كفاءة الضواغط الترددية من 40٪ إلى 80٪ اعتمادًا على السعة ونسب الضغط. كفاءة الضواغط اللولبية تتراوح من 65٪ إلى 75٪.

مثال على ضاغط الكفاءة المتساوية

على سبيل المثال: يدخل الهواء إلى ضاغط ثابت الحرارة بضغط 300 كلفن ، 1 ضغط جوي. دخل الشغل للضاغط هو 350 كيلوجول لكل كيلوجرام من الهواء المتدفق عبر الضاغط. بالنظر إلى أن الضاغط له كفاءة متساوية تبلغ 0.85 ، احسب درجة حرارة الخروج الفعلية وضغط الضاغط. استخدم علاقات الحرارة المحددة الثابتة لهذه المشكلة.

حل:

مع CP = 1.01 kJ / kg K و k = 1.4 للهواء.

حل لتحصل على T.2s= 595 ك.

نظرًا لأن 1 - 2s متناحٍ ؛

مضخة الحرارة متساوي الكفاءة ضاغط

على غرار ضاغط التبريد من بين عوامل أخرى ، تتأثر كفاءة ضاغط المضخة الحرارية أيضًا بدرجة حرارة المبرد.

المضخة الحرارية هي جهاز يستخدم لتسخين الفضاء عن طريق أخذ الحرارة من الهواء المحيط الخارجي. تعمل المضخة الحرارية بطريقة عكسية مقارنة بدورة التبريد. يتم تحديد أداء المضخة الحرارية من خلال: [ل

أين ، | س | هي الحرارة المفيدة التي توفرها المضخة الحرارية

            W هو صافي مدخلات العمل في النظام

تتأثر كفاءة ضاغط المضخة الحرارية أيضًا بدرجة حرارة المبرد بغض النظر عن نوع الضاغط. تستخدم أنظمة المضخات الحرارية الحديثة ضواغط حلزونية ذات كفاءة متوازنة أعلى مقارنة بأنواع الضواغط الأخرى.

كفاءة التوربينات الغازية متساوية

تُعرَّف الكفاءة المتجانسة للتوربينات الغازية بأنها نسبة العمل الحقيقي المنجز لتوسيع الغاز إلى العمل المثالي المنجز.

يمكن تعريف نظام التوربينات الغازية في مخطط hs على النحو التالي:

يتم تحديد الكفاءة المتساوية للتوربين الغازي بالتعبير التالي:

ηT = عمل التوربينات الحقيقي / عمل التوربينات المتساوية

كفاءة متساوية لضاغط الهواء

لحساب الكفاءة المتوازنة لضاغط الهواء ، نحتاج إلى معرفة خصائص الهواء ، والتي يمكن دمجها في التفريغ لحساب كفاءة الضاغط بشكل عام.

يمكن تفسير ذلك بمثال:

ضع في اعتبارك هواء 100 نائب / دقيقة عند 20 درجة مئوية (كثافة ρ في هذه الظروف تساوي 1.2 كجم / م 3) والضغط الأولي 0.1 ميجا باسكال ، يقوم الضاغط بضغطه إلى ضغط 0.25 ميجا باسكال. استهلاك الطاقة للمحرك 200 كيلو واط.

يتم تحديد الكفاءة المتساوية للضاغط من خلال: -

            nis = (تم إنجاز العمل المتساوي) ، نw/ (العمل الفعلي المنجز) ، نa

هنا ، يُعرف العمل الفعلي المنجز باسم استهلاك طاقة الضاغط معروف. يمكن حساب العمل المتساوي المنجز على النحو التالي:

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

            أين،

                        V = الحجم في نائب الرئيس / م

                        z = فاسوتور التوافقية ، 1 للهواء

                        ρ = كثافة الهواء

                        R = ثابت الغاز العام ، 286 J / (kg * К) للهواء

                        γ = نسبة الحرارة النوعية ، 1.4 للهواء

الحساب ، من خلال وضع القيم أعلاه نحصل عليها

            nw = 175.5 كيلو واط

وبالتالي ، فإن الكفاءة المتساوية للضغط هي nw/na = 17.5./200 = 0.88 أو 88٪

كفاءة الضاغط اللولبي متساوي الاتزان

تعتمد كفاءة تشغيل الضاغط اللولبي بشكل كبير على حجمه ونسبة الضغط.

يحتوي الضاغط اللولبي المصمم مرة واحدة على نسبة حجم ثابتة على عكس الضواغط الترددية أو الطاردة المركزية. الكفاءة المتساوية في النسبة الحجمية المصممة هي الحد الأقصى. ومع ذلك ، إذا تم تشغيل الضاغط بما يتجاوز الحجم المحدد أو نسبة الضغط ، فهناك انخفاض حاد في كفاءته المتساوية.

بخلاف ذلك ، فإن الكفاءات المتوازنة للضواغط الصغيرة الحلزونية أقل بكثير من الضواغط اللولبية الكبيرة. ويرجع ذلك إلى زيادة فقد الاحتكاك نتيجة توفر مسار تدفق أصغر.

الكفاءة المتساوية لضاغط التدفق المحوري

الكفاءة المتساوية للمحور يعد ضاغط التدفق هو الأفضل بين جميع أنواع الضواغط.

بمقارنة كفاءة الضواغط الترددية وضواغط الطرد المركزي وضواغط التدفق المحوري ، فإن الأحدث يتمتع بأفضل الكفاءات ونطاقات تزيد عن 90٪. هذا يرجع في الغالب إلى الحد الأدنى من الخسائر الميكانيكية والديناميكية الهوائية التي يواجهها أثناء عبور الغاز للمسار عبر جهاز الضغط.

الضاغط المحوري النموذجي موضح أدناه. لديها دوارات دوارة بديلة وجنيحات ثابتة ، والتي تحول الطاقة الحركية إلى ضغط.

كفاءة متساوية للضاغط
محاكاة متحركة للضاغط المحوري ؛ رصيد الصورة: ويكيبيديا

تستخدم ضواغط التدفق المحوري عمومًا لمعدلات التدفق المرتفعة بشكل أساسي في المحركات النفاثة ، مثل التوربينات وبعض مضاعفات العمليات. ومع ذلك ، بالنسبة لتدفق معين ، مقارنةً بآلة الطرد المركزي التي تحتوي على مكونات تدفق غارة ، فإن ضواغط التدفق المحوري لها مساحة مبللة منخفضة ومتطلبات ختم منخفضة تساهم في زيادة كفاءتها المتساوية.

كفاءة الضاغط متعددة الانعكاس مقابل الكفاءة المتساوية

عند مقارنة العمل الذي يقوم به الضاغط من الناحية النظرية ، تكون الكفاءة متعددة الاتجاهات دائمًا أعلى من الكفاءة المتساوية.

يعد كل من الضغط متعدد الاتجاهات والضغط المتساوي الاتجاه حالتين مثاليتين ولا ينقلان العملية الفعلية. الكفاءة متعددة الاتجاهات هي الكفاءة النظرية المحسوبة لتغيير طفيف غير محدود في الضغط على مدى تغير الضغط في عملية الضغط.

إذا اقترب تغيير الضغط من الصفر ، فإن الكفاءة المتعددة الاتجاهات تعادل الكفاءة المتساوية. إذا كان تغيير الضغط كبيرًا ، فإن كفاءة تعدد الاتجاهات تكون أكبر بكثير من الكفاءة المتساوية. بمعنى آخر ، تحدد الكفاءة متعددة الاتجاهات الحد الأقصى للكفاءة المتساوية.

سانجيتا داس

أنا سانجيتا داس. لقد أكملت درجة الماجستير في الهندسة الميكانيكية مع التخصص في محرك IC والسيارات. لدي حوالي عشر سنوات من الخبرة في الصناعة والأوساط الأكاديمية. يشمل مجال اهتمامي محركات IC والديناميكا الهوائية وميكانيكا السوائل. يمكنك التواصل معي على https://www.linkedin.com/in/sangeeta-das-57233a203/

آخر المقالات