Графоаналитические методики определения характеристик влажного воздуха в многоступенчатых компрессорах

Валерий Николаевич Диденко; Дмитрий Анатольевич Хворенков; Ильшат Индусович Фахразиев

doi:10.22213/2413-1172-2022-4-86-96

Авторы

В. Н. Диденко ИжГТУ имени М. Т. Калашникова
Д. А. Хворенков ИжГТУ имени М. Т. Калашникова
И. И. Фахразиев ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

DOI:

https://doi.org/10.22213/2413-1172-2022-4-86-96

Ключевые слова:

графоаналитический, графоаналитическая методика, воздух, компрессор, конденсация, энтальпия, влагосодержание

Аннотация

Цель исследования - сравнительный анализ методик графоаналитического определения характеристик влажного воздуха в многоступенчатых компрессорах. Сравниваются две методики, различающиеся по используемым I-d-диаграммам, - унифицированным по давлению и атмосферным. Унифицированные по давлению I-d-диаграммы отличаются от атмосферных тем, что содержат графики относительной влажности только насыщенного воздуха (jP = 100 %) при различном давлении. Для многоступенчатых компрессоров на унифицированных I-d-диаграммах строятся кривые (jP = 100 %) при атмосферном давлении и давлении сжатого воздуха в промежуточных охладителях и ресиверах. Полагается, что изобарное охлаждение сжатого воздуха и конденсация его водяного пара происходит в охладителях и ресиверах при давлении конечного сжатия в предыдущих ступенях компрессора. Методика, использующая унифицированные по давлению I-d-диаграммы, предполагает построение графиков сжатия и охлаждения воздуха на сетке кривых jP = 100 %. Приводится пример построения таких графиков для двухступенчатого компрессора с промежуточным охладителем и ресивером. Дается подробное описание термодинамического состояния влажного воздуха в таком компрессоре. Узловые точки процессов в компрессоре наносятся на унифицированную по давлению I-d-диаграмму по известным значениям влагосодержания и температуры воздуха. Давление и температура в конечных точках сжатия вычисляются по уравнениям политропного процесса при п = 1,26. Точки росы в охладителе и ресивере графически определяются как место пересечения кривых jP = 100 % для конечных давлений сжатия с соответствующими прямыми постоянного влагосодержания воздуха в ступенях компрессора. Методика, использующая атмосферные (барометрические) I-d-диаграммы, применяется при отсутствии унифицированных I-d-диаграмм, подходящих по давлению. Суть разработанной методики состоит в определении на атмосферных I-d-диаграммах кривых jP = const, графически совпадающих с кривыми jP = const. Дается численный пример применения такой методики. Оцениваются достоинства и недостатки обеих методик.

Биографии авторов

В. Н. Диденко, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры теплоэнергетики

Д. А. Хворенков, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

кандидат технических наук, доцент кафедры теплоэнергетики

И. И. Фахразиев, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

старший преподаватель, заведующий учебной лабораторией

Библиографические ссылки

Обзор методов очистки и осушки сжатого воздуха / А. А. Подчуфаров, А. А. Жердев, А. Н. Спирина, Д, А. Лавринов, Е. М. Быценко // Холодильная техника. 2020. № 4.С. 26-31.

Риполь-Сарагоси Т. Л., Риполь-Сарагоси Л. Ф. Повышение энергоэффективности процесса адсорбционной осушки сжатого воздуха // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2019. № 3 (75).С. 135-142.

Демин Ю. К., Картавцев С. В. Энерго- и ресурсосбережение при осушке сжатого воздуха в компрессорной установке // Энергосбережение и водоподготовка. 2017. № 1 (105).С. 8-12.

Курзина И. А., Мещеряков Е. П. Разработка энергосберегающих технологий осушения сжатого воздуха в процессе компримирования и подготовки для использования в промышленности и на транспорте // Вестник Томского государственного университета. Химия. 2017. № 9. С. 80-82. DOI: 10.17223/ 24135542/9/8.

Erdogan M., Bau U., Bardow A. Benchmarking commercial adsorbents for drying air in a packed bed. Applied Thermal Engineering, 2019, vol. 160, no. 113942. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2019.113942.

Giampieri A., Ma Z., Ling-Chin J., Bao H., Smallbone A. J., Roskilly А. Р. Liquid desiccant dehumidification and regeneration process: Advancing correlations for moisture and enthalpy effectiveness. Applied Energy, 2022, vol. 314, no. 118962. DOI: 10.1016/j.apenergy. 2022.118962.

Olkhovskiy D.V., Zaitsev A.V., Semin M.A. Variation of cooling efficiency of air conditioning systems in working spaces of deep mines. Mining Informational and Analytical Bulletin, 2021, vol. 2021, no. 12, pp. 110-119. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_12_0_110.

Huang-Xi Fu, Xiao-Hua Liu. Review of the impact of liquid desiccant dehumidification on indoor air quality. Building and Environment, 2017, vol. 116, рр. 158-172. DOI: 10.1016/j.buildenv.2017.02.014.

Lowrey S., Sun Z. Experimental investigation and numerical modelling of a compact wet air-to-air plate heat exchanger. Applied Thermal Engineering, 2018, vol. 131, pp. 89-101. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2017.11.127.

Kashif Shahzad M., Ding Y., Li Q., Xuan Y., Gao N., Chen G. Novel multifunctional open absorption heat pump system with compressed air dryer assisted preliminary flash regeneration-an industrial application. Applied Thermal Engineering, 2022, vol. 211, no. 118526. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2022.118526.

Kozlov V.V., Shadrin V.S., Podchufarov A.A. Express analysis of technological processes of compression and drying of wet air at the stages of design and operation of compressor stations. AIP Conference Proc., 2019, vol. 2141, no. 030029, pp. 1-11. DOI: 10.1063/1.5122079.

Козлов В. В., Крылов П. В., Пискун Е. С. Анализ перспективных технологических схем подготовки воздуха в системах термостатирования стартовых комплексов // Инженерный журнал: наука и инновации. 2021. № 9 (117). DOI: 10.18698/2308-6033-2021-9-2111.

Балалаев А. Н., Фащевский Н. Н. Совершенствование процесса осушения сжатого воздуха при техническом обслуживании пассажирских вагонов на ПТО // Вестник Донецкой академии автомобильного транспорта. 2019. № 2. С. 55-64.

Zhan C., Yin Y., Guo X., Jin X., Zhang X. Investigation on drying performance and alternative analysis of different liquid desiccants in compressed air drying system.Energy, 2018, vol. 165, pp. 1-9. DOI: 10.1016/j.energy.2018.09.164.

Srivatsa A., Perry Y. Li. How moisture content affects the performance of a liquid piston air compressor/expander. Journal of Energy Storage, 2018, vol. 18, рр. 121-132. DOI: 10.1016/j.est.2018.04.017.

Аверкин А. Г. I-d-диаграмма влажного воздуха и ее применение при проектировании технических устройств. М. : Лань, 2021. 192 с. ISBN 978-5-8114-2248-7.

Столетие I-d-диаграммы влажного воздуха: устройство, применение, модернизация / А. Г. Аверкин, А. И. Ерёмкин, Е. Г. Ежов, Ю. А. Аверкин // Региональная архитектура и строительство. 2017. № 4 (33).С. 166-172.

Аверкин А. Г., Ерёмкин А. И.мАверкин Ю. А. К вопросу расширения области применения I-d-диаграммы влажного воздуха при создании микроклимата помещенийю Sciences of Europe. 2018. № 24-2 (24). С. 40-45.

Воронова О. С., Конопацкий Е. В. Геометрическое моделирование параметров физического состояния воды и водяного пара // Вестник кибернетики. 2019. № 1 (33). С. 29-38.

Диденко В. Н., Хворенков Д. А., Фахразиев И. И. Методики построения и свойства унифицированных и индивидуальных по давлению диаграмм «энтальпия - влагосодержание» сжатого воздуха // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2022. Т. 25, № 2. С. 64-71. DOI: 10.22213/2413-1172-2022-2-64-71.