Проектирование поршневого компрессора на нормализованной базе

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

«Проектирование поршневого компрессора на нормализованной базе».

Содержание

1. Задание по курсовому проектированию

2. Условные обозначения

3. Введение

4. Расчет по инженерной методике

5. Оптимизационный расчет на ЭВМ

6. Регулирование производительности

7. Индивидуальное задание

Заключение

Список литературы

1. Задание по курсовому проектированию

Рассчитать и спроектировать поршневой компрессор на основе следующих данных (Вариант №35):

Р_вс=0.1 МПа;

Р_нг=0.9 МПа;

V_вс=12 м³/мин;

Т_вс=293К;

S_п=120 мм;

n=750 об/мин;

z_ст=2;

л_шт=0.188;

рабочий газ: сухой воздух;

охлаждение: водяное;

база: ВП-12-8

2. Условные обозначения

T,t - температура, К(?C);

P - давление, МПа;

С - плотность, кг/м³;

V - объем, м³;

m - масса, кг;

m' - массовый расход, кг/с;

V' - объемный расход, кг/с;

R - газовая постоянная, Дж/(кгК);

к - показатель адиабаты;

M - критерий скорости потока газа;

П - отношение давлений;

П_б - номинальное усилие базы, кН;

D,d - диаметр, м;

F,f - площадь, м²;

S_п - ход поршня, м;

n - частота вращения вала, об/мин

щ - угловая скорость, рад/с

w - скорость, м/с;

c - относительный ход поршня;

a - относительное мертвое пространство;

л - коэффициент подачи;

з - КПД;

ф - время, с;

L - работа, Дж;

N - мощность, кВт;

Q - холодопроизводительность, кВт;

N' - удельная мощность, кВт/кВт.

3. Введение

Компрессорные поршневые агрегаты широко применяются в современной криогенной технике и являются основными технологическими машинами, определяющими эффективность и надежность работы криогенной установки в целом.

В данной работе будет проведен расчет и спроектирован компрессор на нормализованной базе, используя ЭВМ и, в частности программу «Комдет», добьемся оптимальных параметров работы аппарата, с использованием этой же программы будет проведено регулирование производительности машины и проведено исследование с учетом индивидуального задания.

4. Расчет по инженерной методике

1. Определение базы компрессора.

Имеем производительность компрессора по условиям всасывания V_вс=12 м³/мин. По табл 2.1 [1] определяем базу: П - образная.

2. Предварительно определяем мощность компрессора.

Выбираем изотермический КПД компрессора из условия:

0.5?з_из?0.7 принимаем з_из=0.5;

з_из=, где

N_из - мощность, затрачиваемая на сжатие и перемещение газа при термодинамическом процессе;

N_к - мощность на валу (муфте) компрессора;

N_из=

N_из== 43945 Вт; тогда

N_к===87890 Вт.

3. Определение параметров базы.

Определяем количество ступеней в ряду базы по рис 2.1 [1]:

Прямоугольная база с z_р=2 при N_к=87890 Вт.

4. Определение требуемого числа ступеней.

П_к===9.

Из термодинамики имеем:

Т_2к=Т_1к, где

Т_1к - температура газа в цилиндре в начале сжатия, Т_1к?Т_вс;

Т_2к - на 20 ?С ниже, чем при Т_нг при водяном охлаждении;

Т_нг1=,

Т_нг2=,

1) Принимаем р_нг=0.32 МПа:

Т_нг1== 408.6К,

Т_нг2== 420.7К,

Расхождение Т_нг1 и Т_нг2 велико, поэтому:

2)Примем р_нг=0.33 МПа:

Т_нг1== 412.25К,

Т_нг2== 417К,

3) Примем р_нг=0.335 МПа:

Т_нг1== 414К,

Т_нг2== 415.24К,

Расхождение Т_нг1 и Т_нг2 приемлемо, принимаем окончательно

р_нг=0.335 МПа.

5. Проводим компоновку ступеней по рядам.

агрегат компрессор мощность криогенный

z

6. Определение номинального усилия базы:

1) N_р - мощность базы,

N_р===43945 кВт,

==3.78,

По рис 1.7 [1]: =3.3 =? П_б=27.1 кН.

2) Из уравнения 1.1 [1]:

П_б===25.58 кН.

Выписываем параметры базы табл 1.2 [1]:

П_б=20 кН;

z_p=2;

S_п=125 мм;

n=12.5 ;

N_p=36.0 кВт;

d_шт=32 мм;

c_п=3.12 м/с.

7. Определение плотность газа по ступеням:

с_всi=,

с_вс1==1.19 кг/м³,

с_вс2==3.79 кг/м³.

8. Определяем массовый расход газа через компрессор:

m'= с_вс1V_вс - по всем ступеням, если не учитывать утечки газа;

m'=1.18·12/60=0.236 кг/с;

m_k - массовый расход за один оборот коленчатого вала,

m_k===0.0189 кг/об.

9. Конструктивный расчет компрессора.

1) Ориентировочно задается относительное мертвое пространство по ступеням:

б_i=б₁ + (0.020.04)(i-1),

б₁ - выбираем 0.1;

б₂=0.1+0.03=0.13

2) Расчет объемного коэффициента:

л_0i=1- б_i(-1),

n_p=0.975n_сж, n_сж=0.975к

к=1.4 =? n_сж=0.9751.4= 1.365 =? n_p=0.9751.365=1.331;

л₀₁=1- 0.1(-1)=0.852;

л₀₂=1- 0.13(-1)=0.857;

3) Расчет коэффициента подогрева:

л_Тi=(1-д_T)-C(П_i-1)

Выбираем д_T=0.01; С=0.01 - при водяном охлаждение.

л_Т1=(1-0.01)-0.01(3.35-1)=0.968,

л_Т1=(1-0.01)-0.01(2.686-1)=0.972;

4) Выбор коэффициента давления:

Принимаем л_р1=0.98; л_р1=0.99.

5)Оценка статической негерметичности элементов ступени:

н_пр=н_кл+н_П,

н_кл=0.02 - суммарные относительные протечки через закрытые клапаны ступеней,

н_П=0.02 - относительные протечки через уплотнения поршня,

н_пр=0.02+0.02=0.04.

6) Задание коэффициента влажности:

н_вл1=0.01; н_вл2=0.

7)Оценка динамической негерметичности ступеней

Принимаем н_пер=0.02

8) Определение коэффициента подачи ступеней:

л_i=[ л_p л_T (л_o- н_пер)]_i-н_прi-н_влi-Принимаем =0,

л₁=[ 0.98· 0.968 (0.852-0.02)]-0.04-0.01=0.739

л₂=[ 0.99· 0.972 (0.857-0.02)]-0.04=0.765

10. Определение уточненных температур нагнетаемого газа по ступеням:

Т_нгi=,

Т_нг1==429.8К,

Т_нг2==428.8К.

11. Определение рабочих объемов цилиндров:

V_hi=;

V_h1==0.0107 м³,

V_h2==0.00326 м³.

12. Определение активной площади поршня:

F_ni=,

F_n1==0.0892 м²,

F_n2==0.0272 м².

13. Рассчитываемы диаметры ступеней, учитывая конструкционные особенности:

d===0.186 м,

D===0.385 м.

Выбираем диаметры из стандартных:

d=190 мм,

в_к=6.5 мм,

h_k=5 мм;

D=400 мм,

в_к=11.5 мм,

h_k=9 мм.

Пересчитаем V_h и F:

V_h2===0.0034 м³,

V_h1===0.011 м³;

F_n2===0.0283 м²,

F_n1===0.0973 м².

14. Расчет поршневых сил:

p=p_атм(F_n2+ F_n1)+р_вс1F_n1+р_вс2F_n2-р_нг1F_n1-р_нг2F_n2,

р=0.1·10⁶(0.0973+0.0283)+0.1·10⁶·0.0973+0.335·10⁶·0.0283-0.335·10⁶·0.0973-0.9·10⁶0.0283=26288 кН?1.2·25.58.

15. Расчет производительности:

V_k'=л₁· V_h1·n·z,

V_k'=0.739·0.011·750·2=12.19 м³/мин.

16. Расчет потребляемой мощности.

N_номi=р_всiV_hi(л_o,адi-н_перi)(-1),

л_o,адi=1-б_i(-1),

л_o,ад1=1-0.1(-1)=0.863,

л_o,ад1=1-0.1(-1)=0.897;

N_ном1=3.5·0.1·10⁶·0.011(0.863-0.02)(3.35^0.286-1)·2·=41077 Вт,

N_ном2=3.5·0.335·10⁶·0.0034(0.897-0.02)(2.686^0.286-1) )·2·=34920 Вт.

17. Относительные потери давления.

д_всi=0.3(),

д_вс1=0.3()=0.0333,

д_вс2=0.3()=0.0259;

д_нгi=0.7(),

д_нг1=0.7(),=0777,

д_нг1=0.7(),=0604.

18. Относительные суммарные потери мощности.

ДN_i=,

ДN₁=0.286=0.0997,

ДN₂=0.286=0.093.

19. Расчет индикаторной мощности.

N_индi= N_номi(1+ ДN_i),

N_инд1=41077(1+0.0997)=45173 Н,

N_инд2=34920(1+0.093)=38168 Н,

N_индк=45173+38168=83341 Н.

20. Расчет мощности компрессора.

N_к===87727 Вт.

21. Мощность двигателя.

N_дв=к_р=1.1=100478 Вт.

22. Изотермический КПД.

з_из=,

N_из=,

N_из=0.1·10⁶··=44640 Вт,

з_из==0.5088.

23. Выбор клапанов.

1) Относительные потери в мощности в клапанах по ступеням:

ДN_клi=0.6 ДN_i,

ДN_кл1=0.6·0.0997=0.05982,

ДN_кл1=0.6·0.093=0.0558;

2)Критерий скорости потоков:

С_n=2·S_n·n=2·0.12·750/60=3,

M_i=,

M₁==0.1776,

М₂==0.145;

3) Эквивалентная площадь:

М=, отсюда

=,

==47.87 см²,

==16.51 см².

4) Выбираем клапаны из стандартных по величине эквивалентной площади:

1 ступень: 4 клапана на всасывание и нагнетание марки ЛУ110-0.6;

2 ступень: 2 клапана на всасывание и нагнетание марки ЛУ85-0.6 и ЛУ85-1.0 соответственно.

24.Подбор поршневых колец:

Число колец z_k зависит от перепада давления в ступенях и определяется по рис. 2.14 [1]:

Др₁=(р_нг1-р_вс1)=0.335-0.1=0.235 МПа =? z_k=2;

Др₂=(р_нг2-р_вс2)=0.9-0.335=0.565 МПа =? z_k=3.

25. Смазка элементов компрессора.

1) Определение требуемого расхода масла для каждого цилиндра:

m_цi'=2K·р·D_i(S+H_i)n,

где К=2.5·10^-6, Н - суммарная высота уплотнительных колец на поршне, Н= z_kih_ki

H₁=2·9·10^-3=0.018 м; H₁=3·5·10^-3=0.015 м;

m_ц1'=2·2.5·10^-6·3.14·0.4(0.12+0.018)12.5=0.108 г/с,

m_ц2'=2·2.5·10^-6·3.14·0.19(0.12+0.015)12.5=0.05 г/с;

2) Расход масла на сальники для нормализованных баз определяется по рис. 2.19 [1]

m_с1'= m_ц2'=0.01 г/с;

3) Суммарный расход смазки:

m_М'=+

m_М'=(0.01+0.108+0.01+0.05)·2=0.356 г/с;

4) Мощность трения:

N_тр=К_щN_k(1-з_мех), где К_щ=0.25,

N_тр=0.25·87727(1-0.95)=1.096 кВт;

5) Мощность отводимая с потоком масла:

N_м=б·m_М'·c_m·Дt, где c_m=1.9 кДж/кг - теплоемкость смазочных масел, Дt=12?С - разность температур масла на входе и выходе из системы;

N_м=0.01·0.356·1900·12=81.168 Вт,

6) Массовый расход в системе:

m'=( К_щN_k(1-з_мех))/б ·c_m·Дt,

m'=1096/(0.01·1900·12)=4.8 кг/с;

7) Производительность масляного насоса:

V'=K_p(m'/с_м), где K_p=1.1 - коэффициент резерва, с_м=900 кг/м³.

V'=1.1(4.8/900)=5.87 л/с,

8) Мощность привода насоса:

N_м= с_м'· V'/з_м, где с_м'=0.65 МПа, з_м=0.5

N_м= 0.65· 0.00587/0.5=0.00754 кВт.

Расчет на ЭВМ и оптимизация промежуточного давления методом уравнивания массовых потоков ступеней.

На данном этапе я провел последовательный расчёт на ЭВМ, по программе «Комдет», ступеней компрессора, а затем оптимизацию промежуточного давления и, вследствие незначительных изменений параметров, представляю итоговые результаты расчетов:

1. Первая ступень.

1) Исходные данные:

3) Конструктивные параметры клапанов:

7) Интегральные параметры:

2. Вторая ступень:

1) Исходные данные:

3)Конструкционные параметры всасывающих клапанов:

4)Интегральные параметры компрессора:



Снижение производительности методом отжима пластин.

Добьемся снижения производительности методом отжима пластин используя программу «Комдет»:

1) Снизим производительность на 5%:

V'=V·0.95=8.7813·0.95=8.34 м³/мин.

В результате добились V'=8.3465 м³/мин при зазоре 3.15 мкм:



2)Теперь снизим производительность на 10%:

V'=V·0.90=8.7813·0.90=7.90 м³/мин.

В результате добились V'=7.9025 м³/мин при зазоре 6.1 мкм:

3)Уменьшим производительность на 15%:

V'=V·0.85=8.7813·0.85=7.46 м³/мин.

В результате добились V'=7.4633 м³/мин при зазоре 9.0 мкм:



7. Индивидуальное задание

В процессе планового ремонта в компрессоре был увеличен диаметр первой ступени D на 10% и поврежден холодильник после первый ступени так, что температура всасывания Т_вс2 увеличилась на 5%. Как изменится работа компрессора.

D'=D·1.1=400·1.1=440 мм;

Т_вс2'= Т_вс2·1.05=313·1.05=328.7 K.

Вследствие этих изменений вырастает производительность, следовательно, необходимо отрегулировать промежуточное давление. Сделаем это с помощью программы «Комдет».

В итоге получили, что при р_пр=0.488 МПа массовый расход уравнивается:

Заключение

В проведенной работе был рассчитан и спроектирован компрессор на основе прямоугольной базы ВП-12-8, проведен расчет и оптимизация его на ЭВМ по программе «Комдет», выполнены испытания в виде индивидуального задания.

Список литературы

1. Прилуцкий И.К., Прилуцкий А.И. Расчет и проектирование поршневых компрессоров и детандеров на нормализованных базах: Учеб. пособие. -СПб.: СПбГАХПТ, 1995. -194с.

Размещено на Allbest.ru