Расчёт поршневого многоступенчатого компрессора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины

Сумский государственный университет

Кафедра технической теплофизики

Курсовая работа

по курсу "Объёмные компрессоры"

на тему:

"Расчёт поршневого многоступенчатого компрессора"

Студент Парченко А.В.

Группа К-81

Проверил Вертепов Ю.М.

Сумы 2011



Содержание

Исходные данные

1. Определение числа ступеней, их основных размеров и параметров

2. Построение схематизированных индикаторных диаграмм ступеней компрессора

3. Определение индикаторных мощностей ступеней и всего компрессора

4. Расчет потребляемой мощности и выбор электродвигателя

5. Расчет основных размеров самодействующих клапанов для ступеней компрессора и определение потерь мощности в них

6. Проверка "мертвого" объема по ступеням и корректировка производительности компрессора

Список литературы



Исходные данные

Выполнить тепловой и газодинамический расчеты двухступенчатого непрямоточного поршневого компрессора простого действия с неполным промежуточным охлаждением , приводом от внешнего электродвигателя и передачей крутящего момента на коленчатый вал через упругую муфту при следующих данных:

поршневой компрессор мощность электродвигатель

Таблица 1.1 Исходные данные.

Рабочее тело	Воздух
Давление всасывания, , мм.рт.ст	760
Объемная производительность, приведенная к условиям всасывания,	2,5
Давление нагнетания , МПа	0,9
Тип самодействующих клапанов	Полосовой
Относительная влажность всасываемого воздуха,	75
Температура всасываемого воздуха,	15
Тип охлаждения	воздушное

Для воздушного типа охлаждения принять недоохлаждение между ступенями компрессора 15°С, для водяного типа охлаждения принять 10°С.

Тип приводного электродвигателя - асинхронный с короткозамкнутым ротором. Компрессор спроектировать с одним из стандартных значений хода поршня (50, 66, 82, 100, 125, 150, 200мм) и синхронной частоты вращения коленчатого вала (8,34; 10; 12,5; 16,67; 25; 50 с^-1).



1. Определение числа ступеней, их основных размеров и параметров

Принимается предварительно отношение давлений в ступени . Тогда количество ступеней компрессора

,принимается z=2.

Оптимальное промежуточное давление

Тогда теоретические давления в первой ступени: ,;

во второй : ,.

Отношение давлений в ступенях

Относительные величины депрессий на всасывании и нагнетании по табл. 3.1 [2]:

- для I ступени при : ,;

- для II ступени при :,.



Тогда депрессии на всасывании и нагнетании на первой ступени:

,

на второй ступени:

.

Тогда давление с учетом депрессий в первой ступени:

,

;

во второй ступени:

,

.

Уточняются отношение давлений в ступенях

,

.



Показатель эквивалентной политропы сжатия принимается , показатель эквивалентной политропы обратного расширения принимается

Величина относительного "мертвого" пространства принимается .

Объемный коэффициент подачи первой ступени :

где m-политропа тепловых параметров,

Коэффициент дросселирования первой ступени:

Коэффициент подогрева первой ступени

Коэффициент плотности первой ступени:

Коэффициент плотности второй ступени:



Коэффициент подачи первой ступени

Влажностный коэффициент подачи второй ступени:

,

где - давление насыщенных паров при ,[1],стр. 89.

Аналогично для второй ступени:

Теоретическая производительность первой ступени:

Теоретическая производительность первой ступени:



где при воздушном межступенчатом охлаждении () температура всасывания во вторую ступень

Принимается стандартное значение хода поршня и частоты вращения коленчатого вала ,тогда средняя скорость поршня , что входит в рекомендуемые пределы.

Диаметр цилиндра первой ступени :

по ГОСТ 9515 принимается ближайшее большее значение

Диаметр цилиндра второй ступени:

по ГОСТ 9515 принимается ближайшее большее значение

Уточняются теоретические производительности ступеней:



2. Построение схематизированных индикаторных диаграмм ступеней компрессора в свернутом и развернутом по углу поворота коленчатого вала виде и определение средних индикаторных давлений в ступенях

I ступень:

II ступень:



Развернутая по углу поворота коленчатого вала индикаторная диаграмма ступени получается на основе свернутой методом Брикса [Приложение А]. Под индикаторной диаграммой строится полуокружность в центре точка О и радиуса кривошипа в масштабе по оси поршня.

Поправка Брикса откладывается в сторону (НМТ) и получается точка

Затем задаемся рядом значений через интервал из т. проводятся до пересечения с основной окружностью центром в т. лучи под углом

Проекции на ось хода поршня точек пересечения лучей проведенных из т. с основной окружностью дают действительное значение перемещения поршня от ВМТ через равные углы поворота коленчатого валаЧерез эти точки проводятся вертикальные линии пересекающие процессы индикаторной диаграммы (в этих точках пересечения находятся давления, соответствующие углам поворота коленчатого вала), по которым можно построить развернутую диаграмму

Поправка Брикса равна:

Где

Отношение радиуса кривошипа к длине шатуна:

Принимаем



Тогда длина шатуна будет равна:

3. Определение индикаторных мощностей ступеней и всего компрессора

Индикаторная мощность I ступени:

.

Индикаторная мощность ІІ ступени:

.

Индикаторная мощность компрессора:

.

4. Расчет потребляемой мощности и выбор электродвигателя

Мощности адиабатного сжатия в первой и второй ступени:

где

Мощность адиабатного сжатия в компрессоре:

.

Индикаторный КПД компрессора:

Найдем мощности трения в ступенях компрессора.

Было принято давления трения: и .



Мощность трения компрессора равна:

Эффективная мощность компрессора равна

Механический КПД компрессора равен

Эффективный КПД компрессора равен

Мощность приводного электродвигателя равна

где - (поршневой компрессор соединен с электродвигателем через упругую муфту).

Выбираем электродвигатель марки 4А180М4У3,П.1,[3].



5. Расчет основных размеров самодействующих клапанов для ступеней компрессора и определение потерь мощности в них.

I ступень:

Задаемся значением относительных потерь мощности для воздуха, приведенными в табл. 3.2 [4]. Для ; .

Число Маха потока в клапане на всасывании в ступень можно определить по эмпирической зависимости:

Найденное значение числа Маха пересчитывается с учетом показателя адиабаты рабочего тела К по формуле:

Местная скорость звука на всасывании в компрессор равна

Условная скорость рабочего тела во всасывающем клапане равна



Требуемая суммарная эквивалентная площадь проходного сечения всасывающего клапана равна

где Fn - площадь поршня ступени компрессора, м².

Местная скорость звука на нагнетании компрессора равна

где

Условная скорость рабочего тела в нагнетательном клапане равна

Требуемая суммарная эквивалентная площадь проходного сечения нагнетательного клапана равна

Эквивалентная площадь проходного сечения равна:



где коэффициент расхода в щели канала.

cсуммарная площадь проходного сечения в щелях клапана.

Всасывающий клапан:

Размеры клапана:

Высота подъема пластины табл.3.1, с.9 [4].

Длинна канала в клапане

Ширина клапана в клапане

Ширина уплотняющей кромки

Ширина пластины

Радиус кривизны в ограничителе

, где .

Суммарная площадь проходного сечения в щелях клапана равна:

Площадь проходного сечения в щели клапана равна:

Количество щелей:



Рис.1-Клапан полосовой.

Нагнетательный клапан:

Размеры клапана:

Высота подъема пластины табл.3.1, с.9 [4].

Длинна канала в клапане

Ширина клапана в клапане

Ширина уплотняющей кромки

Ширина пластины

Радиус кривизны в ограничителе

, где .

Суммарная площадь проходного сечения в щелях клапана равна:

Площадь проходного сечения в щели клапана равна:



Количество щелей:

Уточняем суммарную площадь проходного сечения в щелях клапана :

Уточняем эквивалентная площадь проходного сечения:

Уточняем условную скорость рабочего тела в нагнетательном клапане:

Уточняем число Маха:

II ступень:

Задаемся значением относительных потерь мощности для воздуха, приведенными в табл. 3.2 [4]. Для ; .

Число Маха потока в клапане на всасывании в ступень можно определить по эмпирической зависимости:



Найденное значение числа Маха пересчитывается с учетом показателя адиабаты рабочего тела К по формуле:

Местная скорость звука на всасывании в компрессор равна

Условная скорость рабочего тела во всасывающем клапане равна

Требуемая суммарная эквивалентная площадь проходного сечения всасывающего клапана равна

где Fn - площадь поршня ступени компрессора, м².



Местная скорость звука на нагнетании компрессора равна

где

Условная скорость рабочего тела в нагнетательном клапане равна

Требуемая суммарная эквивалентная площадь проходного сечения нагнетательного клапана равна

Эквивалентная площадь проходного сечения равна:

где коэффициент расхода в щели канала.



суммарная площадь проходного сечения в щелях клапана.

Всасывающий клапан:

Размеры клапана:

Высота подъема пластины табл.3.1, с.9 [4].

Длинна канала в клапане

Ширина канала в клапане

Ширина уплотняющей кромки

Ширина пластины

Радиус кривизны в ограничителе , где .

Суммарная площадь проходного сечения в щелях клапана равна:

Площадь проходного сечения в щели клапана равна:

Количество щелей:

Уточняем суммарную площадь проходного сечения в щелях клапана :



Уточняем эквивалентная площадь проходного сечения:

Уточняем условную скорость рабочего тела в нагнетательном клапане:

Уточняем число Маха:

Нагнетательный клапан:

Высота подъема пластины табл.3.1, с.9 [4].

Длинна канала в клапане

Ширина клапана в клапане

Ширина уплотняющей кромки

Ширина пластины

Радиус кривизны в ограничителе , где .

Суммарная площадь проходного сечения в щелях клапана равна:



Площадь проходного сечения в щели клапана равна:

Количество щелей:

Уточняем суммарную площадь проходного сечения в щелях клапана :

Уточняем эквивалентная площадь проходного сечения:

Уточняем условную скорость рабочего тела в нагнетательном клапане:

Уточняем число Маха:



6. Проверка "мертвого" объема по ступенях и корректировка производительности компрессора

"Мертвый" объема ступени компрессора складывается из величины "мертвого" объема обусловленного наличием линейного " мертвого " пространства над поршнем в верхней мертвой точке и "мертвого" объема в клапанах.

I ступень

Принимается величина линейного мертвого пространства .

Тогда первая составляющая "мертвого пространства" ступени

Суммарный объем щелей в ограничителе во всасывающем клапане :

,

где принимается высота ограничителя и седла h=0,002м.

Суммарный объем щелей в ограничителе в нагнетательном клапане :

Объем между седлом и ограничителем во всасывающем клапане :

Суммарный "мертвый" объем



Относительный "мертвый" объем ступени:

Уточненная величина относительного "мертвого" пространства принимается .

Уточненный объемный коэффициент подачи :

где m-политропа тепловых параметров,

Уточненный коэффициент дросселирования:

Уточненный коэффициент подачи :



Величина расхождения между уточненным и найденным в разделе 1 значением коэффициент подачи :

Уточненная величина объемной продуктивности :

ІІ ступень

Принимается величина линейного мертвого пространства .

Тогда первая составляющая "мертвого пространства" ступени

Суммарный объем щелей в ограничителе во всасывающем клапане :

где принимается высота ограничителя и седла Н=0,002м.

Суммарный объем щелей в ограничителе в нагнетательном клапане :

Объем между седлом и ограничителем во всасывающем клапане :



Суммарный "мертвый" объем

Относительный "мертвый" объем ступени:

Относительный "мертвый" объем ступени:

Уточненная величина относительного "мертвого" пространства принимается .

Уточненный объемный коэффициент подачи :

где m-политропа тепловых параметров,

Уточненный коэффициент дросселирования:



Уточненный коэффициент подачи :

Величина расхождения между уточненным и найденным в разделе 1 значением коэффициент подачи :

Уточненная величина объемной продуктивности :



Список литературы

1.Френкель М.И. Поршневые компрессоры.- Л.: Машиностроение,1969.- 744с.

2.Вертепов Ю.М. Расчет многоступенчатого поршневого компрессора. Методические указания к индивидуальной работе .- Сумы: Изд-во СумГУ , 2008.-8с.

3. Чернавський С.А., Боков К.Н. и др. Курсовое проектирование деталей машин. -М.: Машиностроение, 1988.- 416с.

4..Вертепов Ю.М. Расчет и выбор самодействующих клапанов объемных холодильных компрессоров. Методические указания к курсовому и дипломному проектированию. - Сумы: Изд-во Сум ГУ, 2004. - 14 с.

5.Пластинин П.И., Никоноров В.А. Поршневые компрессоры. Руководство по курсовому проектированию. ч.I.- М.: Изд. МВТУ,1972.-62с.

Размещено на Allbest.ru