Расчет одноступенчатого центробежного нагнетателя

Размещено на http://www.allbest.ru

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОУ ВПО «Омский государственный технический университет»

Кафедра «Химическая технология и биотехнология»

Специальность «Энергоресурсосбережение и оборудование»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ (РАБОТА)

на тему: «Расчет одноступенчатого центробежного нагнетателя»

по дисциплине «Процессы и аппараты химической технологии»

Руководитель проекта (работы)

Ломова Ольга Станиславовна

Разработал студент

Михлова А.В. ЭРТ-311

Омск 2014

Введение

Широкое развитие в нашей стране металлургической, химической, газовой и нефтеперерабатывающей промышленности, производства полимеров и других материалов требует создания экономичных компрессорных машин различных типов. Компрессорными машинами или компрессорами называют машины, предназначенные для сжатия и перемещения различных газов. В зависимости от принципа действия, их разделяют на две основные группы:

1.Машины объемного типа, в которых давление газа повышается вследствие уменьшения объема рабочего пространства. К этой группе машин относятся поршневые компрессоры с возвратно-поступательным движением поршней, мембранные и различные ротационные компрессоры (пластинчатые, типа Рут, винтовые, водокольцевые и др.).

2.Машины кинетического сжатия, в которых давление газа повышается при непрерывном принудительном движении потока. От лопаток рабочего колеса энергия передается потоку газа. Вследствие этого в рабочем колесе происходит сжатие и повышение кинетической энергии газа; полученная газом в колесе кинетическая энергия преобразуется в давление в неподвижных элементах машины. К этой группе относятся центробежные и осевые компрессорные машины.

Эти машины обычно разделяют на :

а) вентиляторы -- машины, в которых плотность сжимаемого газа практически не изменяется и степень повышения давления, вентиляторы имеют производительность от 100 до 1 106 м3/ч;

б) нагнетатели -- машины, в которых степень повышения давления пк > 1,15; эти машины работают без охлаждения газа в процессе сжатия; нагнетатели выполняют производительностью 103 до 5 105 м3/ч; компрессоры -- машины, имеющие специальные устройства охлаждения газа. Компрессоры имеют производительность от до 3,5-105 м3/ч.

Центробежные нагнетатели - это машины динамического действия, в которых сжатие газа происходит в результате взаимодействия потока с вращающейся и неподвижной решёткой лопастей. Характерной особенностью лопастных машин является отсутствие пульсации развиваемого ими давления.

Нагнетатели и компрессоры применяют: для получения сжатого воздуха, имеющего силовое назначение (для пневматического инструмента, врубовых и бурильных машин, воздушных молотов, тормозов и т. д.);

для обеспечения воздухом или газом производственных процессов (доменные и бессемеровские нагнетатели и компрессоры, машины для сжатия коксового, природного, нефтяного и попутного газа); для наддува двигателей внутреннего сгорания, в газотурбинных установках, для сжатия и перемещения различных газов на химических заводах, в холодильных установках, для пневматического транспорта.

В одноступенчатом нагнетателе за рабочим колесом, как правило, устанавливается лопаточный или безлопаточный диффузор, в котором уменьшается скорость потока, выходящего из рабочего колеса, и часть кинетической энергии преобразуется в статическое давление. Дальнейшее уменьшение скорости потока и повышение давление осуществляется также и в улитке нагнетателя. В результате повышения окружной скорости рабочего колеса и установки за ним диффузора удается значительно повысить конечное давление, создаваемое одноступенчатым нагнетателем, по сравнению с вентилятором. Центробежные компрессоры, имеют следующие существенные преимущества перед другими компрессорами:

1. Компактность и меньшую массу машин, что обусловлено непрерывностью потока газа и большой скоростью при течении его через машину.

2. Надежность в работе и долговечность вследствие почти полного отсутствия износа (при работе на чистых газах), так как единственными трущимися узлами являются подшипники.

3. Хорошая уравновешенность, отсутствие инерционных сил при работе, легкость фундаментов.

4. Равномерность подачи газа и отсутствие в нем смазочного масла.

5. Возможность непосредственного соединения (без промежуточной передачи) с высокооборотным двигателем -- турбиной, при большой производительности с электродвигателем обычного типа, а при малой -- с высокочастотным электродвигателем. Непосредственное соединение позволяет сделать агрегат компактным и повышает его к. п. д. В случае введения повышающей передачи электродвигатель также является высокооборотным и компактным. К недостаткам центробежных компрессорных машин следует отнести главным образом трудность выполнения машин малых производительностей и высоких степеней повышения давления.

изомеризация компрессор нагнетатель

Исходные данные

Производительность Vн = 160 мі/мин (2,67 мі/сек);

Начальное давление Рн = 0,9 МПа;

Начальная температура Тн = 500С = 320K;

Степень повышения давления Пк = 1,35;

Конечное давление

Рк = Пк·Рн = 0,9·1,35 = 1,215 МПа;

Газовая постоянная R = 28,26;

Показатель адиабаты K = 1,38

Удельная теплоемкость Cp = 971;

1. Расчет аппарата

1.1 Расчет рабочего колеса

Принимаем скорость входа воздуха на лопатки рабочего колеса с1=57 м/сек.

Понижение температуры при адиабатическом расширении вследствие увеличения скорости от с=0 до скорости с1:

ДТ1 = = 1,62?С.

Тогда Т1 = Тн - ДТ1=320-1,62=318,4?К.

Давление при входе на лопатки рабочего колеса:

р1=рн = 0,612 МПа.

Задаемся величиной политропического КПД на расчетном режиме

з = 0,8

Определим величину:

у =з = 2,88

Из уравнения у =определим показатель политропы сжатия n=1,57.

При заданном конечном давлении рк определяем температуру в конце сжатия:

= 404,4 ?К.

Работа политропического сжатия:

= 7000,4 Дж/кг

Принимаем газодинамический КПД., где б=1,03

=1,03*0,8=0,824

Принимаем угол лопаток на входе в рабочее колесо в=32?.

Принимаем угол лопаток при выходе из рабочего колеса в=45?.

Предварительно принимаем число лопаток z=18.

Задаемся типом диффузора - лопаточный диффузор, тогда коэффициент расхода на выходе колеса:

Коэффициент закручивания (при бесконечном числе лопаток):

Тогда, коэффициент циркуляции найдем по формуле Стодолы:

Коэффициент напора:

Эффективная работа ступени:

Обычно принимаем =25 м/сек.

Требуемая окружная скорость рабочего колеса:

при ;

Относительная скорость входа:

Скорость потока при входе на лопатки рабочего колеса: , что близко к принятому значению скорости с1 равному 57м/сек. При значительном расхождении необходимо откорректировать расчет, задавая другим значение скорости с1. При =1,2 получим:

Отношение удельных объемов ( из уравнения рх=RT):

1.2 Определение диаметра входа в колесо

Диаметр входа в колесо при о=0,5 равен:

Принимаем=374 мм. При =1 получим:

1.3 Определение наружного диаметра колеса и числа оборотов

Наружный диаметр колеса:

Число оборотов нагнетателя:

Диаметр втулки:

Средний диаметр вала:

Приближенное значение первого критического числа оборотов:

Определим соотношение рабочего и критического чисел оборотов:

1.4 Определение ширины рабочего колеса

Принимаем толщину лопаток в средней части д=8 мм, на концах д= д=4 мм.

Коэффициент стеснения на входе в колесо:

При выходе из колеса:

Ширина лопаток на входе b1 и выходе b2 может быть определена по уравнениям (радиальный вход ):

Принимаем b=50 мм.

Найдем элементы треугольника скоростей выхода:

м/сек;

м /сек;

м/сек.

Скорость выхода из колеса:

м/сек.

Угол выхода:

;18?26'.

Отношение удельных объемов:

Найдем внутренний КПД:

При с=25 м/сек,

Найдем ширину лопаток рабочего колеса:

Принимаем b=42 мм.

Находим отношение:

Проверяем:



1.5 Профилирование лопаток рабочего колеса

Рассчитаем радиус лопатки рабочего колеса:

Найдем радиус начальной окружности:

Угол раскрытия канала на радиусе R:

Угол раскрытия канала на радиусе R:

Определяем основные размеры диффузора. Выбираем лопаточный диффузор.

Начальный и конечный диаметры диффузора



Осевая ширина диффузора

Входной угол лопаток

Принимаем угол лопаток на выходе из диффузора .

Число лопаток диффузора

Принимаем число лопаток

.

Радиус кривизны лопаток диффузора:

Радиус начальной окружности

Угол раскрытия каналов на радиусе :

На радиусе :

Определим скорость воздуха при выходе из диффузора:

Мощность на валу машины определим из уравнения:



Заключение

В ходе выполнения домашнего задания изучила конструкцию одноступенчатого нагнетателя и специфику расчета его основных размеров и параметров. По полученным данным выяснила, что наиболее точно подходит нагнетатель с техническими данными, N=206,8квт

D, которые соответствуют марке НЦ - 230/3-3,5. Выполним чертеж одноступенчатого нагнетателя на формате А2, также технологическую схему включения одноступенчатого нагнетателя.

Список литературы

1. Рис В.Ф. Центробежные компрессорные машины. М.:Машиностроение,1964, 336 с.

2. Чистяков Ф.М., Игнатенко В.В., Романенко Н.Т., Фролов Е.С. Центробежные компрессорные машины. М.: Машиностроение,1969, 328 с.

Принятые обозначения

с1 - скорость входа газа, м/сек;

с2 - скорость выхода из колеса, м/сек;

cp - удельная теплоемкость,

ск - скорость при выходе из нагнетателя, м/сек;

с2r, с2u? - элементы треугольника скоростей выхода, м/сек;

D0 - диаметр входа в колесо, м;

D1 - диаметр контрольного сечения проточной части, м;

D2 - наружный диаметр колеса, м;

D3, D4 - начальный и конечный диаметры диффузора, м;

d0 - диаметр втулки, м;

dв - диаметр вала, м;

b1 - ширина лопаток при входе, м;

b2 - ширина лопаток на выходе, м;

b3, b4 - осевая ширина диффузора, м;

h - высота улитки, м;

k - показатель адиабаты;

k?0 - отношение удельных объемов;

kd - коэффициент равный 23;

?K - разность кинетической энергии;

lпол - работа полиметрического сжатия, Дж/кг;

lэф -эффективная работа, Дж/кг;

l0 - полная внутренняя работа, Дж/кг;

n - показатель политропы;

з - политропический к. п. д.;

зi - внутренний к.п.д.;

зh - газодинамический к.п.д.;

n - число оборотов нагнетателя;

nкр - первое критическое число оборотов;

Ne - мощность на валу нагнетателя;

Pн - начальное давление, МПа;

Pк - конечное давление, МПа;

Р1 - давление при входе на лопатки рабочего колеса, кН/м2;

R - газовая постоянная,

R - радиус начальной окружности, м;

Tн - начальная температура вещества;

?Т1 - понижение температуры при адиабатическом расширении, єС;

Т1 - температура в сечении, єС;

Тк - температура газа в конце сжатия, єС;

Т2к - температура газа за рабочим колесом, єС;

Vн - производительность, м3/сек;

?н, ?0 - удельные объемы при начальных условиях при входе в колесо, м3/кг;

щ1 - относительная скорость входа в колесо, м/сек;

z - число лопаток;

Пк - степень повышения давления;

б2 - угол выхода лопаток;

б3 - входной угол лопатки;

у - число политропных сжатий;

ц2 - коэффициент закручивания при конечном числе лопаток;

ц2r - коэффициент расхода рабочего колеса во втором сечении;

ц2? - коэффициент закручивания;

в1л - угол лопаток при входе в рабочее колесо;

в2л - угол лопаток при выходе из рабочего колеса;

µ - коэффициент циркуляции;

ш - коэффициент напора;

л - коэффициент потерь;

о - коэффициент потерь в элементах проточной части;

ф - коэффициент стеснения;

д - толщина лопаток, м;

с - радиус лопатки рабочего колеса, м;

и1, и2, и3, и4 - углы раскрытия канала на радиусах R1, R2, R3, R4.

Размещено на Allbest.ru

...