Sprawność W: 1) wolumetryczna (objętościowa) V = Vt /Vs W wyniku przeciekania pewnej ilości gazu ze strony tłocznej na ssawną przez istniejące szczeliny powstają straty zależne od wielkości szczeliny miedzy wirnikiem a obudową oraz od różnicy ciśnień na zewnętrznym i wewnętrznym obwodzie wirnika. Wartość tych strat określa sprawność wolumetryczna równa stosunkowi ilości gazu przetłoczonego do ilości gazu zasysanego 2)hydrauliczna: h = p/pt jest miarą strat hydraulicznych W, strat tarcia w kanałach międzyłopatkowych i obudowie spiralnej, strat wynikających z uderzeń gazu przy wejściu na łopatki W, tarcia boków W o otaczające go powietrze (p – rzeczywisty przyrost ciśnienia, pt – teoretyczny przyrost ciśnienia przy skończonej liczbie łopatek) 3)mechaniczna: m = (N-Nm)/N gdzie N – moc na wale silnika napędzającego W; Nm – moc zużyta na straty mechaniczne. Straty mechaniczne powstające w wyniku tarcia w łożyskach oraz przekładni 4)ogólna: o = Nu/N (dla W z silnikiem o = Nu/Nel ) gdzie Nu = Vp; dla silnika elektrycznego N = Nelel gdzie p – rzeczywiste spiętrzenie, V- wydajność rzeczywista Wskaźniki W: 1)wydajności: = Vs/ (A2 u2) = Vs/ ( D2b2 u2) określa stosunek objętości gazu rzeczywiście zassanego do objętości teoretycznie możliwej do przetłoczenia (D2 – średnica wylotowa wirnika; b2 – szerokość wylotowa wirnika; u2 – obwodowa; A2 – przekrój wylotowy wirnika) 2)spiętrzenia całkowitego: = pc/ (u22/2) określa stosunek rzeczywistego przyrostu „p” wytworzonego przez W do teoretycznego, obliczonego z prędkości obwodowej wirnika 3)mocy: = N/(A2u23/2) = ( )/c określa stosunek mocy doprowadzonej na wał W do mocy teoretycznie obliczonej z wydatku Vt =F2u2 i spiętrzenia pt = (u22)/2 4)szybkobieżności: ns = 1/2/3/4 charakteryzuje W wiążąc wskaźnik wydajności i spiętrzenia całkowitego. Oprócz wymienionych wskaźników w badaniach maszyn przepływowych stosuje się również pojęcia otworu równoważnego i wskaźnika dławienia: 5)otwór równoważny – służy do ujęcia oporów rurociągu i przy badaniach wentylatorów na stoisku, równoważy pod względem oporów ściśle określoną sieć kanałów. OR danego przewodu ma przekrój Ar przez który w wyniku takiej samej różnicy wypływa ta sama ilość czynnika w jednostce czasu co przez dany przewód: Ar = V/ [ (2p/)1/2] gdzie – współczynnik wypływu, p – różnica ciśnień 6)dławienia: = Ar/A ujmuje stosunek otworu równoważnego do otworu wylotowego (przedstawia tzw. przymknięcie rurociągu) gdzie Ar = V/ (2p/) Obliczanie wydajności W: Ilość przepływającego czynnika określa się za pomocą zwężek pomiarowych, pomiaru pd rurką Prandtla i Pitota, za pomocą anemometru lub w wyjątkowych przypadkach gazomierzami. W przypadku pomiaru rurką Prandtla należy przyją tok postępowania: a)określić absolutne ciśnienie statyczne ps w przekroju pomiarowym oraz temperaturę czynnika w tym przekroju b)z równania stanu gazu obliczyć gęstość czynnika w tym przekroju c)na podstawie zmierzonych ciśnień pd obliczyć średnią prędkość przepływu czynnika w tym przekroju: wśr = [(2pd.śr)/]1/2 gdzie pd.śr = [(pd1)1/2+…+(pdm)1/2 ]/m. Wzór końcowy ma postać: V = Awśr gdzie A – pole przekroju rurociągu Bilans sprężarki: W postaci ogólnej ma on postać: Nel = J + Sm + Sel + Sw + Qv + Sr gdzie Nel – moc elektryczna (napędowa) potrzebna do napędu agregatu; Sel – strata elektryczna (silnika napędowego) Sel = Nel (1- el); Sm – strata mechaniczna sprężarki Sm = Nelel(1- m); J – przyrost entalpii czynnika roboczego J = M2cp |t2t1 (t2 – t1) gdzie M2 – masowy wydatek sprężonego gazu, t2-t1 – przyrost temp. czynnika roboczego; Sw – strata ciepła odprowadzonego z wodą chłodzącą Sw = Qw = Mwcw (tw2 – tw1) gdzie Mw – wydatek wody chłodzącej, tw2-tw1 – przyrost temperatury wody; Sr – reszta strat (przez promieniowanie i przewodzenie) Bilans silnika: Qd = Qu + Qw + Qch + Qn + Qr gdzie Qd = BQw energia dostarczona z paliwem; Qu = Nu energia odpowiadająca mocy użytecznej; Sch = Qch = Mpcp(tp2 – tp1) strata na chłodzenie silnika (powietrzem) – ciepło odprowadzone z powietrzem chłodzącym, lub Qch = Mwcw(tw2 – tw1) – ciepło odprowadzone z wodą chłodzącą ; Qw = B(1,34Vss+1,96gh/100)(tsp – to) strata spalinowa wyraźna gdzie Vss = (1/0,54) [C/(CO2 + CO)] ; Qn = 12750BVssCO strata niezupełnego spalania; Qr reszta strat (promieniowanie i przewodzenie) Sprawności silnika: 1)termodynamiczna max – jest to sprawność S idealnego tzn. taka sprawność ogólna jaką osiągałby S pracujący według obiegu odwracalnego Tm = op przyporządkowanego mu obiegu porównawczego 2)termodynamiczna – stosunek mocy elektrycznej wytwarzanej w S (tzn. indykowanej) do sekundowego strumienia ciepła spalania dostarczonego paliwa T = Ni/(BQw) Jest ona bezwzględną miarą wykorzystania przez S energii paliwa 3)indykowana – jest ona względną miarą wykorzystania przez S chemicznej energii paliwa (miara zbliżenia obiegu rzeczywistego do obiegu przyjętego za porównawczy) i = T/Tm = Ni/(BQwop) 4)mechaniczna – jest miarą sumarycznych strat o charakterze mechanicznym (tarcie tłoków i pierścieni w cylindrach, tarcie w łożyskach, napęd pompy wodnej i olejowej) Z wytworzonej w S mocy mechanicznej (Ni) pewna część przekazywana jest na zewnątrz jako moc użyteczna (Nu), reszta pokrywa straty mechaniczne związane z ruchem silnika oraz wykorzystana jest do napędu agregatów pomocniczych: m = (Ni-Nm)/Ni = Nu/Ni 5)ogólna – jest najważniejszym wskaźnikiem oceny pracy S przedstawia bowiem stosunek mocy Użytecznej do całej energii chemicznej dostarczonej S z paliwem o = Tm = Nu/(BQw)
Poszczególne straty sprężarki ujmują odpowiednie sprawności, które można podzielić na dwie grupy: 1)objętościowe oznaczane jako współczynnik 2)energetyczne oznaczane przez . 1)Współczynniki objętościowe: a)zasysania: z = 1- e (m-1-1) lub wprost z wykresu indykatorowego: z = VI/Vs. Istnienie przestrzeni szkodliwej wpływa zmniejszenie zdolności zasysania czynnika roboczego. Wielkość tej straty objętościowej zależy od e, i m b)dławienia: d = VII/VI Jest on miarą straty ciśnienia (która wpływa na zmniejszenie objętości zasysanego powietrza) na skutek istnienie oporów hydraulicznych w organach ssących cylindra. Przyczyną tego jest to że „p” w cylindrze podczas zasysania jest < od „p” przed zaworem ssącym c)strat objętościowych: V = VII/Vs = zd Ujmuje on sumaryczne straty objętościowe „wykresowe”. Gdy S jest 2-stronnego działania to: V = (VKK + VOK)/2 d)podgrzewania: p = T1/T’1 Ujmuje on wpływ oddziaływania cieplnego ścianek które podgrzewają zasysany czynniki przez co zwiększa się objętość właściwa powietrza a przez to zasysana ilość powietrza ulega zmniejszeniu e)szczelności: n = M2/M1 Określa stratę zasysanego powietrza M1 na skutek pewnych nieszczelności w obrębie S (M2 –wydatek powietrza sprężonego) f)całkowity napełnienia: s = M1/Mt = zdp Jest to stosunek rzeczywistego masowego wydatku powietrza zasysanego do teoretycznego wydatku S pracującej bez strat objętościowych g)całkowity przetłaczania: o = M2/Mt = zdpn 2)sprawności energetyczne: a)indykowana – (i)iz = Niż/Nic gdzie Niż – moc izotermiczna, Nic – całkowita moc indykowana (sprawność indykowana odniesiona do mocy potrzebnej przy sprężaniu czynnika roboczego według politropy: (i)pol = Npol/Nic = (lpolV1)/ Nic a do sprężania adiabatycznego (i)ad = Nad/Nic b)mechaniczna – m = Nic/Nd (Nd – moc dostarczona przez silnik napędowy na wał S) c)o = (i)iz m = Niż/Nd d)ogólna agregatu – oa = (i)izms = Niz/Nel
