一种等温压缩机性能测试计算方法

摘要

本发明提供了一种等温压缩机性能测试计算方法，包括：步骤一，采集等温压缩机的参数：步骤二，计算过程多变数初步确定：步骤201，获取设计态各级进出口压力和温度参数；步骤202，计算设计态各级多变数：步骤203，初步确定试验态各级多变数：令试验态各级多变数等于设计态各级多变数；步骤三，试验数据初步计算：步骤四，数据比较及相关系数选取迭代计算：将步骤三计算获得的整机功率N计和实测功率N进行比较，并计算相关功率调整系数，并重新计算各级多变数：重新确定试验态各级多变数：令试验态各级多变数等于重新计算获得的各级多变数；对步骤三和步骤四的计算进行反复迭代；步骤五，相关特性参数计算。

说明书

技术领域

本发明属于压缩机领域，涉及等温压缩机，具体涉及一种等温压缩机性能测试计算方法。

背景技术

内置冷却器的等温型压缩机广泛应用于空分等工业领域。内置冷却器使得在每一级压缩后的高温气体及时就近冷却后再进入下一级再次进行压缩。该机组的整体能耗低于同等规模的其他类型的压缩机组，总体占地面积也小于同等规模的其他类型压缩机组。但是，内置冷却器的应用，特别是为了确保高温气体能够充分的得到冷却而采取特有的气体分布器进行气流分配，使得内置冷却器前一级出口的高温气流及后一级入口的低温气流的不均匀性增加，特别是温度场的不均匀性，对该机组的性能测试及评定带来了一定的困难。尤其是各级性能测试分析评定很难做到定量准确。

目前，等温型离心压缩机的试验测试分析是按照JB/T 3165标准在压缩机每级的进出口布置测点，获取压缩机各级进出口的压力、温度参数，在测试管道上布置的流量计获得其流量测量参数，结合相关环境介质参数以及机组运行特性参数，通过热平衡法的原理对测量参数进行计算分析获取压缩机整机热力性能和各级的热力性能。

由于等温型压缩机的结构所限，使得各级进出口温度测试精度难以保证。压缩机整机的进口和出口连接测试管道，可以严格准照测试标准要求布置压力、温度测点，能够准确获取相关压力、温度参数。压缩机流量测量布置在相关测试管道上，可以准确获取其流量参数。压缩机级间(即内置冷却器进出口的相关参数)压力、温度参数测量难度大。相对而言，压力场相对稳定，可以通过增加测点数求平均值或寻求稳定流动区域布置测点的方式获取准确的压力测量参数。对于级间温度测量，申请人在前期研究过程中也尝试了通过增加测点数求平均值和寻求稳定流动区域布置测点的方式获取温度参数，并按照JB/T 3165推荐的计算方法进行分析计算。得到的结果往往与设计理念和理论原理存在较大偏差，有时甚至出现违背热力学原理的结论。导致对于等温压缩机的测试，申请人在前期研究过程中只能给出定性分析结论，很难给出定量结论。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种等温压缩机性能测试计算方法，针对等温型压缩机结构的特点带来的测试困难，解决现有技术中针对等温型压缩机结构的特点，难以给出精准的定量测试结果的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种等温压缩机性能测试计算方法，所述的等温压缩机设置有内置冷却器，该方法包括以下步骤：

步骤一，采集等温压缩机的参数：

所述的参数包括：

环境参数：包括大气压力和大气温度；

流量参数：包括质量流量；

各级进口参数：包括各级进口压力和各级进口温度；

各级出口参数：包括各级出口压力；

各级冷却器参数：包括各级冷却器进水质量流量、各级冷却器进水温度和各级冷却器出水温度；

压缩机相关参数：包括压缩机转速和压缩机功率；

前期准备参数：包括绝热指数、气体常数和冷却水比热；

步骤二，计算过程多变数初步确定：

步骤201，查看等温压缩机的试验工况点对应的设计参数，获取设计态各级进出口压力和温度参数，即：

至少包括设计态二级进口压力P

步骤202，计算设计态各级多变数：

至少包括设计态二级多变数

步骤203，初步确定试验态各级多变数：

令试验态各级多变数等于设计态各级多变数；

步骤三，试验数据初步计算：

至少包括二级功率计算：

式中：

k为绝热指数；

R为气体常数；

Q

T

P

P

σ

步骤四，数据比较及相关系数选取迭代计算：

将步骤三计算获得的整机功率N

功率调整系数：

至少包括二级多变数重新计算：

式中：

T

T

重新确定试验态各级多变数：

令试验态各级多变数等于重新计算获得的各级多变数；

并将计算的各级进出口温度参数值代入步骤三的对应计算公式中进行重新计算，对步骤三和步骤四的计算进行反复迭代，直至计算获得的整机功率N

步骤五，相关特性参数计算；

所述的相关特性参数包括各级进口容积流量、各级压比、各级效率和各级功率。

本发明还具有如下技术特征：

具体的，所述的等温压缩机为四级等温压缩机，所述的压缩机内设置有三个内置冷却器，所述的四级等温压缩机分为一级、二级、三级和四级，所述的三个内置冷却器分为一级冷却器、二级冷却器和三级冷却器；其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

步骤一，采集等温压缩机的参数：

所述的参数包括：

环境参数：包括大气压力Pa和大气温度Ta；

流量参数：包括质量流量Q

一级进口参数：包括一级进口压力P

一级出口参数：包括一级出口压力P

一级冷却器参数：包括一级冷却器进水质量流量q

二级进口参数：包括二级进口压力P

二级出口参数：包括二级出口压力P

二级冷却器参数：包括二级冷却器进水质量流量q

三级进口参数：包括三级进口压力P

三级出口参数：三级出口压力P

三级冷却器参数：三级冷却器进水质量流量q

四级进口参数：包括四级进口压力P

四级出口参数：四级出口压力P

压缩机相关参数：压缩机转速n和压缩机功率N；

前期准备参数：绝热指数k、气体常数R和冷却水比热C

步骤二，计算过程多变数初步确定：

步骤201，查看等温压缩机的试验工况点对应的设计参数，获取设计态各级进出口压力和温度参数，即：

设计态一级进口压力P

设计态二级进口压力P

设计态三级进口压力P

设计态四级进口压力P

步骤202，计算设计态各级多变数：

设计态一级多变数

设计态二级多变数

设计态三级多变数

设计态四级多变数

步骤203，初步确定试验态各级多变数：

令：

试验态一级多变数σ

试验态二级多变数σ

试验态三级多变数σ

试验态四级多变数σ

步骤三，试验数据初步计算：

一级出口温度计算：

二级进口温度计算：

二级出口温度计算：

三级进口温度计算：

三级出口温度计算：

四级进口温度计算：

四级出口温度计算：

一级功率计算：

二级功率计算：

三级功率计算：

四级功率计算：

整机功率计算：N

式中：

Q

Q

Q

步骤四，数据比较及相关系数选取迭代计算：

将步骤三计算获得的整机功率N

功率调整系数：

一级多变数重新计算：

二级多变数重新计算：

三级多变数重新计算：

四级多变数重新计算：

式中：

T

T

T

T

T

T

T

λ

λ

λ

λ

重新确定试验态各级多变数：

令：

试验态一级多变数σ

试验态二级多变数σ

试验态三级多变数σ

试验态四级多变数σ

并将计算的各级进出口温度参数值T

步骤五，相关特性参数计算：

一级进口容积流量：Q

一级压比：

一级效率：

一级功率：

二级进口容积流量：Q

二级压比：

二级效率：

二级功率：

三级进口容积流量：Q

三级压比：

三级效率：

三级功率：

四级进口容积流量：Q

四级压比：

四级效率：

四级功率：

式中：

ρ

ρ

ρ

ρ

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

(Ⅰ)本发明的测试计算方法获得的叠加计算结果和试验的模型级整机结果进行对比分析，其参数基本一致，其数据偏差在计算误差所允许的范围内，结果精准性高，实现了等温型压缩机的定量测试。

(Ⅱ)本发明的测试计算方法能够应用于内置冷却器等温型压缩机的试验及现场测试分析评价及辅助相关运行问题的分析处理。

(Ⅲ)本发明的测试计算方法，通过试验测试，结合热力学相关原理和压缩机特性，经过理论推理和迭代计算，利用计算参数代替测量难度大的相关温度参数，获取等温压缩机的整机热力性能和各级的热力性能参数。

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

需要说明的是，本发明中的所有设备和部件，如无特殊说明，全部均采用现有技术中已知的设备和部件。

需要说明的是，本发明中等温压缩机采集的参数的类别、单位和获取方式如下：

环境参数：

Pa--大气压力，单位为kPa(测量值)；

Ta--大气温度，单位为K(测量值)；

流量参数：

Q

一级进口参数：

P

T

一级出口参数：

P

一级冷却器参数：

q

T

T

二级进口参数：

P

二级出口参数：

P

二级冷却器参数：

q

T

T

三级进口参数：

P

三级出口参数：

P

三级冷却器参数：

q

T

T

四级进口参数：相关特性参数中

P

四级出口参数：

P

T

压缩机相关参数：

n--压缩机转速，单位为r/min(测量值)；

N--压缩机功率，单位为kW(测量值)；

前期准备参数：

k--绝热指数，单位为1，(空气取k＝1.4)；

R-气体常数，单位为J/(kg·K)(空气取R＝288.3)；

Cp

需要说明的是，本发明中等温压缩机相关特性参数中，各参数的单位如下：

一级进口容积流量Q

一级功率N

遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例1：

遵从上述技术方案，本实施例给出一种等温压缩机性能测试计算方法，所述的压缩机为四级等温压缩机，所述的压缩机内设置有三个内置冷却器，所述的四级等温压缩机分为一级、二级、三级和四级，所述的三个内置冷却器分为一级冷却器、二级冷却器和三级冷却器；该方法包括以下步骤：

步骤一，采集等温压缩机的参数：

所述的参数包括：

环境参数：包括大气压力Pa和大气温度Ta；

流量参数：包括质量流量Q

一级进口参数：包括一级进口压力P

一级出口参数：包括一级出口压力P

一级冷却器参数：包括一级冷却器进水质量流量q

二级进口参数：包括二级进口压力P

二级出口参数：包括二级出口压力P

二级冷却器参数：包括二级冷却器进水质量流量q

三级进口参数：包括三级进口压力P

三级出口参数：三级出口压力P

三级冷却器参数：三级冷却器进水质量流量q

四级进口参数：包括四级进口压力P

四级出口参数：四级出口压力P

压缩机相关参数：压缩机转速n和压缩机功率N；

前期准备参数：绝热指数k、气体常数R和冷却水比热C

步骤二，计算过程多变数初步确定：

步骤201，查看等温压缩机的试验工况点对应的设计参数，获取设计态各级进出口压力和温度参数，即：

设计态一级进口压力P

设计态二级进口压力P

设计态三级进口压力P

设计态四级进口压力P

步骤202，计算设计态各级多变数：

设计态一级多变数

设计态二级多变数

设计态三级多变数

设计态四级多变数

步骤203，初步确定试验态各级多变数：

令：

试验态一级多变数σ

试验态二级多变数σ

试验态三级多变数σ

试验态四级多变数σ

步骤三，试验数据初步计算：

一级出口温度计算：

二级进口温度计算：

二级出口温度计算：

三级进口温度计算：

三级出口温度计算：

四级进口温度计算：

四级出口温度计算：

一级功率计算：

二级功率计算：

三级功率计算：

四级功率计算：

整机功率计算：N

式中：

Q

Q

Q

步骤四，数据比较及相关系数选取迭代计算：

将步骤三计算获得的整机功率N

功率调整系数：

一级多变数重新计算：

二级多变数重新计算：

三级多变数重新计算：

四级多变数重新计算：

式中：

T

T

T

T

T

T

T

λ

λ

λ

λ

重新确定试验态各级多变数：

令：

试验态一级多变数σ

试验态二级多变数σ

试验态三级多变数σ

试验态四级多变数σ

并将计算的各级进出口温度参数值T

步骤五，相关特性参数计算：

一级进口容积流量：Q

一级压比：

一级效率：

一级功率：

二级进口容积流量：Q

二级压比：

二级效率：

二级功率：

三级进口容积流量：Q

三级压比：

三级效率：

三级功率：

四级进口容积流量：Q

四级压比：

四级效率：

四级功率：

式中：

ρ

ρ

ρ

ρ

应用例：

本应用例中的等温压缩机为现场运行的等温离心压缩机组，该压缩机为四级等温压缩机，该压缩机内设置有三个内置冷却器，该四级等温压缩机分为一级、二级、三级和四级，该三个内置冷却器分为一级冷却器、二级冷却器和三级冷却器。其设计参数如表1所示。

表1等温压缩机的设计参数

本应用例采用实施例1中的等温压缩机性能测试计算方法进行计算。

本应用例中，按照实施例1步骤一的方法采集的等温压缩机的参数如表2所示。

表2采集的参数

本应用例中，按照实施例1步骤五的方法获得的相关特性参数如表3所示。

表3相关特性参数

将根据本发明的等温压缩机性能测试计算方法叠加计算结果和试验的模型级整机结果进行对比分析，其参数基本一致，其数据偏差很小，该很小的偏差为计算误差所致。