VDI 2045 Blatt 2-1993 Acceptance and performance tests on turbo compressors and displacement compressors theory and examples.pdf

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1、DK/UDC 621.51.001.4381.717.58(083.132) VDI-RICHTLINIEN August 1993VEREINDEUTSCHERINGENIEUREAbnahme- und Leistungsversuche an Verdichtern(VDI -Verdichterregeln)Grundlagen und BeispieleAcceptance and Performance Testson Turbo Compressors and Displacement CompressorsTheory and ExamplesVDI 2045Blatt 2 /

2、 Part 2Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German Version of this Guideline shall be taken asauthoritative.Inhalt SeiteVorbemerkung 21 Formelzeichen, Definitionen 41.1 Formelzeichen und Einheiten 41.1.1 Lateinische Buchstaben 41.1.2 G

3、riechische Buchstaben 5, 1.1.3 Indizes 52 Spezielle Begriffe fr Verdichter 72.1 Thermodynamischer Zustand 72.1.1 Thermische Zustandsgren 72.1.2 Kalorische Zustandsgren 92.1.3 Thermische und kalorische Zustandsgieichung . .112.2 Ermittlung der Gaseigenschaften bei Gemischen . . . .142.2.1 Gemische au

4、s Gasen 142.2.2 Gemische aus Gasen und Dmpfen 172.3 Bezugsraumgrenzen des Verdichters 192.3.1 Definition 192.3.2 Eintritt 222.3.3 Austritt 222.4 Fluidstrme 232.4.1 Massenstrom 232.4.2 Volumenstrom 232.4.3 Zustzliche Begriffe bei Kolbenverdichtern 242.5 nderung des thermodynamischen Zustandsund spezi

5、fische Verdichtungsarbeit 262.5.1 Wahl des Vergleichsprozesses 262.5.2 Isotherme 282.5.3 Isentrope 292.5.4 Polytrope 302.6 Leistungen und Wirkungsgrade 322.6.1 Leistungsbegriffe 322.6.2 Verdichtungsleistung der Vergleichsprozesse . 332.6.3 Innere Leistung 332.6.4 Mechanische Verlustleistung 342.6.5

6、Kupplungsleistung 342.7 Wirkungsgrade von Verdichtern 352.8 Kennzahlen fr Turboverdichter 352.8.1 Bedeutung der Kennzahlen 352.8.2 Kennzahlen 352.9 Kennlinien und Kennfelder 372.9.1 Kennhnien fr Turboverdichter 372.9.2 Kennlinien fr VerdrngungsVerdichter 40ContentsPreliminary Note1 Symbols Used and

7、Definitions 41.1 Symbols and Units 41.1.1 Latin Letters 41.1.2 Greek Letters 51.1.3 Indices 52 Special Terms for Compressors2.12.57Thermodynamic State 72.1.1 Thermal Variables of State 72.1.2 Caloric Variables of State 92.1.3 Thermal and Caloric Equation of State 112.2 Determination of Gas Propertie

8、s in the GaseofMixtures 142.2.1 Mixtures of Gases 142.2.2 Mixtures Consisting of Gases and Vapours . 172.3 Reference Boundaries of the Compressor 192.3.1 Definition 192.3.2 Inlet 222.3.3 Outlet 222.4 Fluid Flows 232.4.1 Mass Flow 232.4.2 Volume Flow 232.4.3 Additional Terms for Piston Compressors .

9、24Change in Thermodynamic State and SpecificCompression Work 262.5.1 Selection of the Reference Process 262.5.2 Isothermal Compression 282.5.3 Isentropic Compression 292.5.4 Polytropic Compression 30Power and Efficiencies 322.6.1 Power Terms 322.6.2 Compression Power of the Reference Processes . 332

10、.6.3 Gas Power 332.6.4 Mechanical Power Losses 342.6.5 Power at Couphng 34The Efficiencies of Compressors 35Characteristic Numbers for Turbo Compressors . 352.8.1 Significance of the Characteristic Numbers . 352.8.2 Characteristic Numbers 35Performance Curves and Performance Maps 372.9.1 Performance

11、 Curves for Turbo Compressors . . 372.9.2 Performance Curves for DisplacementCompressors 402.62.72.82.9VDI-Gesellschaft EnergietechnikAusschu VDI 2045 VerdichterregeinVDI-Handbuch EnergietechnikB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStan

12、dardsCollection - Stand 2016-11-2- VDI2045 Blatt2/Part2 All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 1993Seite3 Beispiele fr Abnahme-Versuchsberichte 423.1 Allgemeines 423.2 Versuchsbeispiele fr VerdrngungsVerdichter 423.2.1 Verdrngungsverdichter: Versuchsbeispiel 1 . 423.2.2 Verdrngun

13、gsverdichter: Versuchsbeispiel 2 . 463.3 Versuchsbeispiele fr Turbo Verdichter 483.3.1 Turboverdichter: Versuchsbeispiel 1 483.3.2 Turboverdichter: Versuchsbeispiel 2 553.3.3 Turbo Verdichter: Versuchsbeispiel 3 643.3.4 Turbo Verdichter: Versuchsbeispiel 4 71Schrifttum 78Page3 Examples of Acceptance

14、 Test Reports 423.1 General 423.2 Test Examples for Displacement Compressors 423.2.1 Displacement Compressors: Test Example 1 . . 423.2.2 Displacement Compressors: Test Example 2 . . 463.3 Test Examples for Turbo Compressors 483.3.1 Turbo Compressors: Test Example 1 483.3.2 Turbo Compressors: Test E

15、xample 2 553.3.3 Turbo Compressors: Test Example 3 643.3.4 Turbo Compressors: Test Example 4 71 “References 78VorbemerkungVon der ersten Ausgabe der Richtlinie VDI 2045(Wrmetechnische Abnahme- und Leistungsversuchean Verdichtern) bestand Blatt 1 (Versuchsdurchfhrung und Garantievergleich) seit Oktob

16、er 1973,Blatt 2 (Grundlagen und Beispiele) seit Mai 1979.Diese Richtlinie ist seitdem bei vielen Abnahmeversuchen verwendet worden. Der Anwendungsbereichumfate dabei Versuche an kleinen Verdrngungsverdichtern mit wenigen kW Antriebsleistung undan groen Turbo Verdichtern mit Leistungen ber50 MW. Erns

17、tUche Einwnde gegen die RichtHniesind dem Ausschu nicht bekanntgeworden.Whrend jedoch frher der grte Teil der Versucheder Abnahme von Luftverdichtern ungekhlter undzwischengekhlter Bauart diente, sind inzwischenzahlreiche Versuche an Prozegas Verdichtern dazugekommen, die bei sehr unterschiedlichen

18、Drckenund Temperaturen betrieben werden und deren zuverdichtende Gase oft ein stark reales Gasverhaltenzeigen. Das fhrte in damit befaten Firmen zur Erstellung neuer Berechnungsverfahren fr das realeGasverhalten und den Reynoldszahleinflu. Aus denVersuchen zahlreicher Firmen konnte insbesondereeine

19、einheitliche Methode zur Umrechnung von Rey-noldszahleinflssen entwickelt werden.Seit Oktober 1986 wurde daher die RichtHnieVDI 2045 von einem neuen Ausschu berarbeitet,dem in bewhrter Weise Betreiber, Hersteller undNeutrale (TV und Hochschulen) angehren, unterProtokollfhrung der VDI-GET. Ziel des A

20、usschusses war die Einarbeitung der neuen Erkenntnisse, umbisherige Lcken in der Anwendung der hnlichkeitstheorie zu schlieen.Preliminary NoteOf the first edition of Guideline VDI 2045 Part 1(Thermodynamic Acceptance and Performance Teston Compressors; Test Procedure and Comparisonwith Guaranteed Va

21、lues) had been in existence sinceOctober, 1973, Part 2 (Theory and Examples) sinceMay, 1979. This Guidehne has been used in themeantime at numerous acceptance tests. Its applications encompassed tests on small displacement compressors with a few kilowatt drive rating and largeturbo compressors with

22、ratings over 50 MW. No ser-ious objections to the Guideline have been broughtto the committees attention,However, although the majority of the tests wereconcerned with the acceptance testing of air compressors of uncooled and intercooled types, numeroustests on process-gas compressors, which are ope

23、ratedat greatly differing pressures and temperatures andthe compressed gases of which frequently exhibit apronounced real gas behaviour have been added inthe meantime. This has resulted in drafting new cal-culation methods for real gas behaviour and the in-fluence of Reynolds number by the companies

24、 in-volved. It has, in particular, been possible to elaborate from the tests performed by numerous companies a standardized method for conversion of theinfluences of Reynolds number.Since October, 1986, therefore, Guideline VDI 2045has been revised by a new committee, consisting, inthe tried and pro

25、ven manner, of operators, manufac-turers and neutral bodies (the TV Technical Su-pervisory Authority and the universities), with theVDI-Gesellschaft Energietechnik (VDI-GET) play-ing the coordinating role. The committees objectivewas the integration of new knowledge, in order tofill the gaps previou

26、sly existing in the applicationof similarity theory.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 1993 VDI2045 Blatt2/Part2 -3-Die Neufassung trgt

27、 dem heutigen Kenntnisstandbezglich des realen Gasverhaltens und der polytropen Zustandsnderung Rechnung. Darber hinausergeben sich aus der bislang praktizierten Anwendung eine Reihe notwendiger Aktualisierungen undPrzisierungen. Diese tragen auch den Verbesserungen der Computertechnik Rechnung, die

28、 z.B. die Ver-tafelung einfacher Gleichungen und deren ungenaueAblesung berflssig werden lassen.Die Beispiele fr die Vorausberechnung, Versuchsauswertung, Umrechnung und den Garantie vergleichwurden ebenfalls vlhg berarbeitet und auf das Wesentliche reduziert. Veraltete Anwendungsflle wurden entfern

29、t, neue sind dazugekommen. Fr Verdrngungsverdichter wurden Beispiele von Versuchen an einem zwischengekhlten Hubkolbenverdichter und einem leinspritzgekhlten Serien-Schraubenverdichter bearbeitet. Fr Turbo Verdichter wurden Beispiele fr Versuche an Prozegas Verdichtern mit stark realem Gasverhalten

30、und Rey-noldszahleinflu aufgenommen, auch mit Zwi-scheneinspeisung. Ein Beispiel fr die bewhrte Umrechnungsmethode bei Luftverdichtern mit getrennter Umrechnung des ungekhlten und gekhlten Teilsbleibt in berarbeiteter Form bestehen. Ein Beispielfr die geschlossene Umrechnung eines zwischengekhlten L

31、uftverdichters ist hinzugefgt worden.Die zweite Ausgabe entspricht damit als Richtlinieden Abnahmeversuchen nach dem heutigen Standder Technik.The new edition takes account of the present-daylevel of knowledge regarding real gas behaviour andpolytropic change of State. In addition, a series ofUpdate

32、s and more accurate descriptions result fromapplication as practised up to now. These also takeaccount of improvements in Computer systemswhich, for instance, make the tabular presentationof simple equations and their imprecise read-off sup-erfluous.The examples of precalculation, test evaluation, c

33、on-version and the guarantee appraisal have also beencompletely revised and reduced to the essential minimum. Obsolete applications have been deleted, andnew ones added. In the case of displacement com-pressors, examples of tests on an intercooled recipro-cating piston compressor and an oil-injectio

34、n-cooledseries-manufactured screw compressor have been ela-borated. In the case of turbo-compressors, examplesof tests on process-gas compressors with a pro-nounced real-gas behaviour and Reynolds numberinfluence have been incorporated, including suchwith inward sidestreams. An example of the trieda

35、nd proven conversion method for air compressors,involving separate conversion of the uncooled andcooled sections has been retained in revised form.An example of closed conversion of an intercooledair compressor has been added.The second edition thus provides as a Guideline aprocedure for acceptance

36、tests on the basis of todaysmodern technology.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11-4- VDI2045 Blatt2/Part2 All rights reserved (C) Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 19931 Formelzeichen, Definiti

37、onen1.1 Formelzeichen und Einheiten1.1.1 Lateinische Buchstaben1 Symbols Used and Definitions1.1 Symbols and Units1.1.1 Latin LettersFormelzeichenEinheit BenennungA Flchea m/s SchallgeschwindigkeitB % Bautoleranzb m Austrittsbreite des 1. LaufradesCp, c. kJ/kg K spezifische WrmekapazittenCf - Bewert

38、ungskennzahlenD m uerer Laufraddurchmesser des1. Laufrades/Index) KorrekturfaktorG % Gteklasseg m/s rtliche Fallbeschleunigungh kJ/kg spezifische Enthalpiek - IsentropenexponentK - Isentropenexponent, Volumen/c j - Isentropenexponent, TemperaturMa MachzahlMd Nm DrehmomentM kg/kmol molare Massem - T

39、emperaturexponentrh kg/s MassenstromN 1/s oder Drehzahl1/minn - PolytropenexponentP kW LeistungP bar DruckQ kW WrmestromR J/kgK spezielle GaskonstanteRm J/kmol K allgemeine GaskonstanteRa |im MittenrauhwertRe - ReynoldszahlS - digitaler Meschrittnach DIN 1319 1s kJ/kg K spezifische EntropieT K therm

40、odynamische Temperaturt C Temperaturu m/s Umfangsgeschwindigkeit, bezogenauf DV VertrauensbereichV m/kg spezifisches VolumenV m/s VolumenstromV wie Megre Meunsicherheitw m/s GeschwindigkeitX - KompressibihttsfunktionX Verhltnis der bezogenen DrehzahlenX kg/kg Dampfgehalt, bezogen auf Nadampfmasse de

41、sselben Stoffes(Index) kg/kg Dampfgehalt, von Dampfgasgemischen, bezogen auf trockenes GasY - KompressibilittsfunktionY kJ/kg spezifische VerdichtungsarbeitZ - Realgasfaktorz Anzahl der StufengruppenSymbol Unit Meaning m areaa m/s speed of soundB % manufactoring toleranceb m outlet width of Ist impe

42、llerCp, kJ/kgK specific heat capacityCi evaluation coefficientsD m outer impeller diameter of thefirst impellerf(Index) - correction factorG % quahty gradeg m/s local acceleration due to gravityh kJ/kg specific enthalpyk - isentropic exponentK - isentropic exponent, volumekf - isentropic exponent, t

43、emperatureMa - Mach numberMd Nm TorqueM kg/kmol mol massm - temperature exponentrh kg/s mass flowN rps/ Speed of rotationrpmn polytropic exponentP kW powerP bar pressureQ kW heat flowR J/kgK specific gas constantRm J/kmol K universal gas constantRa lj,m average roughnessRe - Reynolds numberS - digit

44、al measuring step as definedin DIN 1319 1s kJ/kg K specific entropyT K thermodynamic temperaturet C temperatureu m/s tip speed, referred to DV _ confidence rngeV m/kg specific volumeV mVs volume flowV as measured measuring uncertaintyvariablew m/s velocityX - compressibility functionX - ratio of red

45、uced speedsof rotationX kg/kg vapour content referred tohumid total mass(Index) kg/kg vapour content of vapour/gasmixtures referred to dry gasY - compressibihty functionY kJ/kg specific compression workZ - compressibility factorz number of sectionsB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C4

46、61B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 19931.1.2 Griechische BuchstabenFormelzeichenEinheit Benennunga W/mK W rmebergangskoeffizient 1/K kubischer AusdehnungskoeffizientA - Differenz8 - Rechn

47、ungskoeffizientn - WirkungsgradnNs/m dynamische Viskositts RZi Ti -VerhltnisK Verhltnis der spezifischen WrmekapazittenX - Liefergrad relativer SchadraumV m7s kinematische Viskosittn DruckverhltnisQ kg/m Dichtez relative MeunsicherheitOftl ist, sollte der genaue Zusammenhang zwischen A p und w ermit

48、telt werden, um denFehler nicht zu gro werden zu lassen:wT kl ZRT (3)Dynamic or Stagnation pressureDynamic pressure Ap is the amount by which thestatic pressure of the fluid flowing at velocity w wouldrise if its kinetic energy were to be converted to workof compression without losses (reversibly) a

49、nd with-out heat exchange with the adjacent gas particles,i.e., isentropically and adiabatically.The following applies with an error of less than 0.5%for ApJpO.Ol, which is generally fulfilled at thecompressors inlet and outlet nozzles :wT (2)Where ApJpO.Ol, the precise relationship betweenA Pd and w should be determined, in order to preventthe error from becoming too large :T k-l ZRT 1 +Ap,r-