CN102767529B - 一种轴流压缩机节能效果的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴流压缩机节能效果的计算方法。该方法首先在工作现场采集轴流压缩机的系列工作参数，然后根据长期总结的经验公式计算轴流压缩机的现场轴功率和节能状态下的压缩机轴功率，最后计算压缩机的节能率和节能量。本发明的方法是在实践经验上总结的简化有效的计算方法，需采集的参数较少，计算简单易行，且计算结果准确性高而可靠。

Description

一种轴流压缩机节能效果的计算方法

技术领域

本发明属于轴流压缩机组工作控制技术领域，具体涉及一种轴流压缩机节能效果的计算方法，采用该方法可在满足高炉工艺系统要求的前提下，依据高炉鼓风需求及压缩机运行现状对其性能进行分析计算，从而可依据压缩机现场运行情况，方便有效的计算出压缩机在运行现状下的节能量，为压缩机是否进行节能改造提供量化的节能效果和依据。

背景技术

轴流压缩机是一种提供压缩气体的透平机械设备，是冶炼、石油、化工、制药、环保等大型供风、气体压缩的重要动力设备。轴流压缩机在使用过程中，除了进口条件如大气环境等会发生变化外，由于工艺流程的需求，压缩气体的压力及流量等参数也会发生相应变化。在这种情况下，压缩机就会偏离设计点长期处在低效率区运行，从而能耗偏大。

为了更好的适应现场工况的变化，改变高炉鼓风机的不良运行工况，在满足高炉工艺要求的前提下，需要对轴流压缩机的节能效果进行计算，即根据轴流压缩机的现场运行情况较为准确的计算出压缩机节能后的节能率和节能量。现有技术中采用专业的REDAX轴流压缩机性能计算程序对轴流压缩机的节能效果进行计算，该程序是基于瑞士苏尔寿公司研发的成熟基本级技术，采用有限元法和模化法相结合的方法，并结合工程实际计算经验进行了轴向修正、喘振线外修正、半马赫数修正、雷诺数修正、叶栅距修正、叶高与弦长的比修正、流道高度的修正、间隙修正共八项修正，以确保计算结果更加的真实、精确、可靠，但此方法计算需要的时间较长，并不适用于用户在压缩机现场做简单的节能计算。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适于在工作现场快速而准确地对轴流压缩机的节能效果进行计算的方法。

为实现上述技术任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种轴流压缩机节能效果的计算方法，该方法按下述步骤进行：

步骤一，参数采集：

在工作现场采集轴流压缩机的如下工作参数：

P₁：压缩机进口压力，kPa；

T₁：压缩机进口温度，K；

Q_1N：压缩机进口流量，Nm³/min；

P₂：压缩机出口压力，kPa；

T₂：压缩机出口温度，K；

Q_2N：压缩机出口流量，Nm³/min；

θ：压缩机静叶角度，14°≤θ≤79°；

N_S：压缩机轴承损耗，kW；

步骤二，计算轴流压缩机的现场轴功率：

（1）直接采集的压缩机进口流量Q_1N为标态流量，需换算成压缩机工作状态下的进口流量Q₁：

$Q_1=\frac{P_N*Q_{1N}}{T_N}*\frac{T_1}{P_1}$ （式1）

（式1）中：P_N为标态压力，P_N＝101325Pa；

T_N为标态温度，T_N＝273.16K；

（2）计算压比ε：

ε＝P₂/P₁    （式2）

（3）计算多变指数σ：

$\mathrm{\σ}=\frac{\mathrm{lg\ϵ}}{\lg \frac{T_2}{T_1}}$ （式3）

（4）计算轴流压缩机多变功率N_pol1（kW）：

$N_{\mathrm{pol}1}=\frac{k}{k-1}{P}_1*Q_1*({\mathrm{\ϵ}}^{\frac{1}{\mathrm{\σ}}}-1)/60000$ （式4）

其中：k为绝热指数，k＝1.4；

（5）计算轴流压缩机的现场轴功率N_Z1（kW）：

N_Z1＝N_pol1-N_S    （式5）

步骤三，计算节能状态下的轴流压缩机轴功率：

能耗最小状态时，压缩机进口流量Q_1N与压缩机出口流量Q_2N相同，此时放风阀全关，压缩机节能状态下的进口流量为Q_2N，同时为满足高炉工艺需求，节能状态下压缩机出口压力P₂保持不变，即ε和σ保持不变，

（1）现场采集的高炉送风流量Q_2N为标态流量，需换算成当前工作状态下的送风流量Q₂：

$Q_2=\frac{P_N*Q_{2N}}{T_N}*\frac{T_1}{P_1}$ （式6）

（2）计算节能状态下的多变功率（kW）：

$N_{{\mathrm{pol}}_2}=\frac{k}{k-1}{P}_1*Q_2*({\mathrm{\ϵ}}^{\frac{1}{\mathrm{\σ}}}-1)/60000$ （式7）

（3）计算节能状态下的轴流压缩机轴功率：

N_Z2＝N_pol2-N_S    （式8）

步骤四，计算节能效果：

（1）计算节能率μ：

$\mathrm{\μ}=\frac{N_{Z1}-N_{Z2}}{N_{Z1}}$ （式9）

（2）计算节能量m（万元/年）：

 m＝(N_Z1-N_Z2)*h*ω/10000    （式10）

其中：h为压缩机的年运行时间，小时；

ω为当地电价，元/度。

本发明的原理是通过对轴流压缩机性能进行分析计算，在满足工艺要求的前提下，综合考虑轴流压缩机特性曲线对应变化和喘振线的安全要求，在确保轴流压缩机安全运行的条件下，结合实践经验提出一种简单快捷计算方法并通过对轴流压缩机性能进行准确预算，计算思路是尽可能的减少鼓风系统的放风量，从而减小鼓风机的轴功率，达到节能目的。

与现有技术相比，本发明具有如下的技术特点：

（1）需要现场采集的参数较少，计算步骤简单方便，计算所需时间较短。

（2）本发明的方法是在实践经验上总结的简化有效的计算方法，计算简单易行，其结果准确性高而可靠。

附图说明

图1为实施例1中的压缩机的性能曲线图。

以下结合实施例与附图对本发明作进一步详细说明。

具体实施方式

本发明的技术方案是这样实现的：通过对现场压缩机运行的实际情况进行分析，并对压缩机采用该计算方法进行性能预算，实现在满足高炉同等工艺要求的前提下，相对改造前减小了轴流压缩机的运行功率，从而减小驱动设备的输出功率，达到节能目的。

实施例1：

该实施例中现场采集参数如下表所示：

项目	数值
		压缩机出口流量Q2N	1440Nm3/min
压缩机进口压力P1	98.4kPa
		压缩机进口温度T1	290.75K
压缩机出口压力P2	270kPa（g）
		压缩机出口温度T2	449K
压缩机静叶角度θ	52.5°
		轴承损耗NS	100kW

该实施例中，压缩机的年运行时间h＝8000小时，当地电价ω＝0.50元/度；该实施例中的轴流压缩机的性能曲线如图1所示，根据静叶角度θ＝52.5°和压缩机出口压力P₂＝270kPa（g）在图1所示的压缩机的性能曲线上查得Q_1N＝1570Nm³/min；

按照本发明的技术方案，计算可得：

轴流压缩机现场轴功率N_Z1＝5483kW；

节能状态下轴流压缩机轴功率N_Z2＝5035kW；

节能率μ＝8.17%；

节能量m＝179.2万元/年。

为验证本发明所提供方法的准确性和可靠性，发明人同时采用专业的REDAX轴流压缩机性能计算程序对该实施例的轴流压缩机的节能效果进行了计算，计算结果为：节能率为8.38%，节能量183.8万元/年。本发明的计算结果与专业程序的计算结果相比在允许的误差范围内，说明本发明的方法是可靠而行的。

实施例2：

该实施例中现场采集参数如下表所示：

项目	数值
		压缩机出口流量Q2N	1340Nm3/min
压缩机进口压力P1	99kPa
		压缩机进口温度T1	287.15K
压缩机进口流量Q1N	1600Nm3/min
		压缩机出口压力P2	351kPa（g）
压缩机出口温度T2	438.15K
		压缩机静叶角度θ	52.2°
轴承损耗NS	100kW

该实施例中，压缩机的年运行时间h＝8000小时，当地电价ω＝0.52元/度；

按照本发明的技术方案，计算可得：

轴流压缩机现场轴功率N_Z1＝5326kW；

节能状态下轴流压缩机轴功率N_Z2＝4477kW；

节能率μ＝15.9%；

节能量m＝353.2万元/年。

为验证本发明所提供的方法的准确性和可靠性，发明人同时采用专业的REDAX轴流压缩机性能计算程序对该实施例的轴流压缩机的节能效果进行了计算，计算结果为：节能率为15.68%，节能量347.4万元/年。本发明的计算结果与专业程序的计算结果相比在允许的误差范围内，说明本发明的方法是可靠而行的。

实施例3：

该实施例中现场采集参数如下表所示：

项目	数值
		压缩机出口流量Q2N	2037Nm3/min
压缩机进口压力P1	96kPa
		压缩机进口温度T1	303.55K
压缩机进口流量Q1N	2270Nm3/min
		压缩机出口压力P2	319kPa（g）
压缩机出口温度T2	482.05K
		压缩机静叶角度θ	50.2°
轴承损耗NS	150kW

该实施例中，压缩机的年运行时间h＝7920小时，当地电价ω＝0.50元/度；

按照本发明的技术方案，计算可得：

轴流压缩机现场轴功率N_Z1＝8618kW；

节能状态下轴流压缩机轴功率N_Z2＝7718kW；

节能率μ＝10.44%；

节能量m＝356.4万元/年。

为验证本发明所提供的方法的准确性和可靠性，发明人同时采用专业的REDAX轴流压缩机性能计算程序对该实施例的轴流压缩机的节能效果进行了计算，计算结果为：节能率为10.62%，节能量362.4万元/年。本发明的计算结果与专业程序的计算结果相比在允许的误差范围内，说明本发明的方法是可靠而行的。

Claims (1)

1.一种轴流压缩机节能效果的计算方法，其特征在于，该方法按下述步骤进行：

步骤一，参数采集：

在工作现场采集轴流压缩机的如下工作参数：

P₁：压缩机进口压力，kPa；

T₁：压缩机进口温度，K；

Q_1N：压缩机进口流量，Nm³/min；

P₂：压缩机出口压力，kPa；

T₂：压缩机出口温度，K；

Q_2N：压缩机出口流量，Nm³/min；

θ：压缩机静叶角度，14°≤θ≤79°；

N_S：压缩机轴承损耗，kW；

步骤二，计算轴流压缩机的现场轴功率：

(1)直接采集的压缩机进口流量Q_1N为标态流量，需换算成压缩机工作状态下的进口流量Q₁：

$Q_1=\frac{P_N*Q_{1N}}{T_N}*\frac{T_1}{P_1}$

其中：P_N为标态压力，P_N＝101325Pa；

T_N为标态温度，T_N＝273.16K；

(2)计算压比ε：

ε＝P₂/P₁

(3)计算多变指数σ：

$\mathrm{\σ}=\frac{\mathrm{lg\ϵ}}{\lg \frac{T_2}{T_1}}$

(4)计算轴流压缩机多变功率N_pol1，kW：

$N_{\mathrm{pol}1}=\frac{k}{k-1}{P}_1*Q_1*({\mathrm{\ϵ}}^{\frac{1}{\mathrm{\σ}}}-1)/60000$

其中：k为绝热指数，k＝1.4；

(5)计算轴流压缩机的现场轴功率N_Z1，kW：

N_Z1＝N_pol1-N_S

步骤三，计算节能状态下的轴流压缩机轴功率：

能耗最小状态时，压缩机进口流量Q_1N与压缩机出口流量Q_2N相同，此时放风阀全关，压缩机节能状态下的进口流量为Q_2N，同时为满足高炉工艺需求，节能状态下压缩机出口压力P₂保持不变，即ε和σ保持不变，

(1)现场采集的高炉送风流量Q_2N为标态流量，需换算成当前工作状态下的送风流量Q₂：

$Q_2=\frac{P_N*Q_{2N}}{T_N}*\frac{T_1}{P_1}$

(2)计算节能状态下的多变功率kW：

$N_{{\mathrm{pol}}_2}=\frac{k}{k-1}{P}_1*Q_2*({\mathrm{\ϵ}}^{\frac{1}{\mathrm{\σ}}}-1)/60000$

(3)计算节能状态下的轴流压缩机轴功率：

N_Z2＝N_pol2-N_S

步骤四，计算节能效果：

(1)计算节能率μ：

$\mathrm{\μ}=\frac{N_{Z1}-N_{Z2}}{N_{Z1}}$

(2)计算节能量m，万元/年：

m＝(N_Z1-N_Z2)*h*ω/10000

其中：h为压缩机的年运行时间，小时；

ω为当地电价，元/度。