Расчет поршневого компрессора

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГОУ ВО "БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"

Факультет: Энергетический

Кафедра: Теплотехники и энергообеспечение п/п

Специальность: Энергообеспечение предприятий

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине тепловых двигателей и нагнетателей

РАСЧЕТ ПОРШНЕВОГО КОМПРЕССОРА

Алёшин

Антон Сергеевич

Уфа

2016



Оглавление

Введение. Задание на РГР "Расчёт поршневого компрессора"

1. Определение параметров воздуха после первой и второй ступеней компрессора. Массовая производительность компрессора

2. Построение процесса сжатия в первой ступени на pv - диаграмме

3. Техническая работа политропного и изотермического сжатия. Мощность компрессора

4. Определение поверхности охлаждения промежуточного охладителя воздуха

Заключение

Библиографический список



Введение. Задание на РГР "Расчёт поршневого компрессора"

Учебным планом предусмотрено выполнение расчётно-графической работы (РГР)- "Расчёт поршневого компрессора". Выбор темы обусловлен тем обстоятельством, что потребители сжатого воздуха имеются на любом предприятии АПК, что вызывает необходимость установки компрессорных агрегатов.

При выполнении расчётно-графической работы мы изучим принципы работы и расчёт поршневых компрессоров (ПК). При выполнении расчётно-графической работы мы обязательно изучим соответствующие разделы лекционного курса "Тепловые двигатели и нагнетатели", учебную литературу, а также повторим некоторых разделы технической термодинамики.

ЗАДАНИЕ НА РГР "РАСЧЕТ ПОРШНЕВОГО КОМПРЕССОРА"

В двухступенчатом двухцилиндровом ПК простого действия (рисунок 1) воздух сжимается от давления р₁ = 0,1 МПа, при t = 27 °С до давления р₃ = 1,2 МПа. Степень повышения давления в обеих ступенях является одинаковой

Стенки цилиндров первой ступени (ЦПС) и второй ступени (ЦВС) охлаждаются водой с одной интенсивностью, поэтому процессы сжатия в обеих ступенях происходят по политропе с одинаковым показателем n = 1,3. После первой ступени в промежуточном охладителе воздух охлаждается при постоянном давлении р₂ до начальной температуры t₁. Производительность компрессора при параметрах на всасывании (p₁, t₁) равна V₁ = 950 м³/ ч. Для рабочего тела (воздуха) следует принять, что температура воздуха на выходе из обеих ступеней одинакова (T₂= T₃).

Рисунок 1 Схема двухступенчатого двухцилиндрового ПК простого действия: 1 - цилиндр первой ступени (низкого давления); 2 - промежуточный охладитель воздуха; 3 - цилиндр второй ступени (высокого давления); 4-коленчатый вал; 5 - маховик; 6 - штоки; 7 - шатуны; 8 - поршни.

Требуется определить:

1. Давление воздуха после первой ступени р₂.

2. Температуру в конце сжатия в каждой ступени T₂ и T₃.

3. Объёмный расход сжатого воздуха после первой ступени V₂ и после второй ступениV₃.

4. Производительность компрессора по массе сжатого воздуха G.

5. Изменение внутренней энергии ДU и энтальпии Дh каждой ступени.

6. Количество теплоты, отводимое водой от воздуха при сжатии в каждой ступени q, а также в промежуточном охладителе q? и, соответственно, расход охлаждающей воды на цилиндры G_w1 и промежуточный охладитель G_w полагая, что вода в них нагревается от t?_w=10°С входе и до t?_w=20° С на выходе.

7. Построить в pv-координатах по точкам графики процесса сжатия по политропе и изотерме для первой ступени с графическим изображением затрачиваемой технической работы.

8. Затрачиваемую техническую работу политропного l_п и изотермического l_и сжатия.

9. Теоретическую (N_и) и действительную (N_е) мощность, потребляемую компрессором, если его изотермический к.п.д. з_и=0,7.

10. Поверхность охлаждения промежуточного охладителя воздуха при противотоке, принимая коэффициент теплопередачи от воздуха к воде К=20 Вт/(м²·К).



1. Определение параметров воздуха после первой и второй ступеней компрессора. Массовая производительность компрессора

Давление воздуха после первой ступени компрессораp₂в МПа определяется из соотношения (1)

, (1.1)

Температура в конце сжатия Т₂ в К подсчитывается исходя из закономерностей политропного процесса

(1.2)

Где

Т₁=t₁+273

- температура воздуха, К;

n - показатель политропы.

Т₁=27 +273 = 300К,

Исходя из соотношения (1) и равенства показателя политропы п для процессов сжатия в обеих ступенях по заданию получаем, что температура воздуха на выходе из обеих ступеней одинакова, т.е. Т₂=Т₃= 386.5 К.

Объёмный расход сжатого воздуха после первой ступени V₂ в м³/ч при давлении р₂ и температуре Т₂

после второй ступени при давлении р₃ и температуре Т₃

Массовая производительность компрессора G в кг/ч подсчитывается с помощью уравнения состояния Клапейрона

где p₁- давление на входе, кПа;

V₁- производительность компрессора при параметрах на всасывание, м/ч;

R - газовая постоянная воздуха, Дж/(кг·К).

Изменение внутренней энергии в процессе сжатия в первой ступени ДU в кДж/кг

где С_v- изохорная теплоёмкость воздуха, кДж/(кг·К).

Изменение энтальпии в том же процессе

где С_р=1,004 кДж/(кг·К) - теплоёмкость политропного процесса.

Поскольку Т₂ - Т₁= Т₃ - Т₁, то подсчитанные по формулам (6) и (7) величины ДU и Дh одинаковы для обеих ступеней.

Теплота политропного процесса сжатия в ЦПС q в кДж/кг

По указанной выше (п. 2.5) причине теплота q одинакова как для первой, так и для второй ступеней.

Теплота q отводится из каналов охлаждения "рубашек" цилиндров с охлаждающей водой.

Расход охлаждающей воды G_w1 в м³/ч на ЦПС подсчитывается из уравнения теплового баланса

где (t_2w-t_1w) - разность температур охлаждающей воды на выходе и входе;

С_w =4,19 кДж/(кг·К) - массовая теплоёмкость воды.

Расход воды на ЦВС будет таким же, т.е. G_w2 = G_w1 = 2,27 м³/ч.

Отводимая от воздуха теплота в промежуточном охладителе q' в кДж/кг при p₂ =const

2. Построение процесса сжатия в первой ступени на pv - диаграмме

Построение кривой политропного процесса производится следующим образом. Подсчитываются удельные объёмы в начальномv₁в м³/кг (при p₁, T₁) и конечном v₂ в м³/кг (при p₂, T₂) состояниях по выражениям

2.1)

(2.2)

По параметрам р₁, v₁ в выбранных масштабах наносится на график (рисунок 2) точка 1, по р₂, v₂ - точка 2. Для построения промежуточных точек а, b, с параметры вычисляются по следующим соотношениям

(2.3)

(2.4)

(2.6)

(2.8)

.

.

.

Построение кривой изотермического процесса 1-2 (рисунок 2) производится из той же начальной точки 1. Удельные объёмы для конечного состояния (точка 2?) и промежуточных точек изотермы, а, b, с можно подсчитать исходя из уравнения изотермического процесса

(2.12)

Из построенной pv- диаграммы видно, что затрачиваемая техническая работа при изотермическом сжатии будет меньше, чем при политропном сжатии.

Рисунок 2 Изображение процесса сжатия в первой ступени компрессора на pv-диаграмме

3. Техническая работа политропного и изотермического сжатия. Мощность компрессора

Техническая работа политропного сжатия в первой ступени l_n в МДж/кг рассчитывается по формуле

В соответствии с первым законом термодинамики из этого количества затрачиваемой работы отводится из ЦПС с охлаждающей водой q_1-2 и с воздухом Дh'

,

,

Баланс энергии процесса сжатия во второй ступени аналогичен.

Техническая работа изотермического сжатия для всего компрессора l_u в кДж/кг

Работа l_u принята в качестве теоретической для охлаждаемого компрессора, поэтому теоретическая мощность N_u в кВт равна

Действительная потребляемая мощность N_е в кВт

где - изотермический КПД.

Мощность электродвигателя N_э в кВт, приводящего в движение компрессор, подсчитывается по формуле:

где К_з = 1,1…1,3 - коэффициент запаса;

= 0,90…0,95 - механический КПД, учитывающий также потери в промежуточной передаче, если она имеется в компрессорной установке.

4. Определение поверхности охлаждения промежуточного охладителя воздуха

Тепловой поток Q в Вт, передаваемый в охладитель от воздуха к охлаждающей воде подсчитывается по формуле

где G - массовая производительность компрессора, кг/ч;

- теплота, отводимая от воздуха в промежуточном охладителе, Дж/кг.

Средний температурный напор между теплоносителями в охладителе воздуха Дt_ср в политропный диаграмма производительность компрессор

?С подсчитывается по формуле

где и - соответственно большая и меньшая разность температур между воздухом и водой на входе и на выходе из охладителя при "противотоке".

Поверхность охлаждения F в м²подсчитывается из уравнения теплопередачи

Где К - коэффициент теплопередачи, Вт/(м²-К).



Заключение

При выполнении расчётно-графической работы мы изучили методику расчёта поршневого компрессора. Определили параметры воздуха после первой и второй ступеней компрессора, массовую производительность компрессора. Построили на pv - диаграмме процесс сжатия в первой ступени. Затем определили техническую работу политропного и изотермического сжатия, мощность компрессора, поверхность охлаждения промежуточного охладителя воздуха. Наиболее значимые полученные данные:

Массовая производительность компрессора G = 1,1кг/ч;

Техническая работа политропного сжатия l_n = 115,24 МДж/кг;

Техническая работа изотермического сжатия l_u = 94,59 кДж/кг;

Действительная потребляемая мощность N_e = 0,04 кВт;

Мощность электродвигателя N_э = 0,052 кВт;

Поверхность охлаждения F = 0,029 м².



Библиографический список

1. Ляшков, В.И. Тепловые двигатели и нагнетатели [Текст] : учеб. пособие / В.И. Ляшков. - Тамбов: изд-во Тамбовский ГТУ, 2009. - 124 с.

2. Методическое указание к расчётно-графической работе на тему "Расчёт поршневого компрессора" [Текст] / Э. М. Гайсин - У.: БГАУ, 2012. - 12 с.

3. Михайлов, А.К. Компрессорные машины [Текст] : / А.К. Михайлов, В.П. Ворошилов. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 288 с.

4. Поршневые компрессоры [Текст] / Б.С. Фотин [и др.] - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1987.- 372 с.

5. Теплотехника [Текст]. Учеб. для вузов / А.П. Баскаков [и др.]; под. ред. А. П. Баскакова. - 2-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 224 с.

Размещено на Allbest.ru

...