Термодинамический расчет поршневого компрессора
Проектирование поршневого компрессора с заданными параметрами. Выбор схемы компрессора. Определение давлений и температур, коэффициента подачи. Оценка мощности по индикаторной диаграмме. Проверочный расчет одноступенчатого поршневого компрессора.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 08.03.2019 |
| Размер файла | 4,8 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Термодинамический расчет поршневого компрессора
- Введение
- Компрессор - машина, предназначенная для сжатия и перемещения газа. Компрессор используется во многих отраслях промышленности. Все компрессоры можно разделить на 2 группы по способу их действия: объемные, динамические.
- Объемные компрессоры повышают давление газа путем уменьшения замкнутого объема. Происходит увеличение давления и температуры. Процесс сжатия происходит периодически. К объемным компрессорам относят: поршневые, винтовые и роторные машины
- В термодинамическом расчете, который подразделяется на предварительный и поверочный расчет, вычисляют основные параметры компрессора. В предварительном термодинамическом расчете выбирают схему компрессора, находят поршневую силу, определяют допустимую частоту вращения, ход поршня, диаметры цилиндров и штоков и предварительно вычисляют потребляемую мощность. В начале проектирования еще неизвестны относительные мертвые пространства в цилиндрах и нет данных для вычисления потерь энергии в клапанах и коммуникации. Они могут быть учтены лишь предположительно, по средним статистическим данным.
- После конструктивной разработки цилиндров, аппаратуры и газопровода все эти величины могут быть уточнены. Поэтому в завершении проектирования выполняют поверочный расчет, в котором наряду с другими данными окончательно находят межступенчатые давления, температуры нагнетаемого газа и, наконец, производительность компрессора и потребляемую им мощность.
- 1. Термодинамический расчет одноступенчатого поршневого компрессора
1.1 Исходные данные
Необходимо спроектировать поршневой компрессор с заданными параметрами.
Таблица 1.1 - Исходные данные
|
Тип ПК |
Сжимаемый газ |
V, м3/мин |
PВС, МПа |
PНГ, МПа |
TВС, 0C |
Изменяемый параметр |
|
|
W - образный |
азот |
7 |
0,14 |
0,6 |
17 |
6 рядов |
1.2 Выбор схемы компрессора
Проектируемый компрессор по своим параметрам соответствует компрессорам общепромышленного назначения малой производительности. Такие компрессоры целесообразно выполнять бескрейцкопфными. Компоновка цилиндров, согласно техническому заданию, W - образная.
Рисунок 1.1 - Схема W - образного компрессора
1.3 Определение давлений и температур
Определим общее отношение давлений компрессора
(1.1)
Задаемся средней скоростью движения поршня
Относительные потери давления на всасывании (с учетом потерь во всасывающем фильтре )
(1.2)
Относительные потери давления в нагнетательных клапанах
(1.3)
В свою очередь значение коэффициента A, учитывающего совершенство компрессора, рассчитывается по формуле
,(1.4)
где - давление азота при температуре ().
С учетом (1.4) величины потерь давления будут
.(1.5)
.(1.6)
Давление всасывания и нагнетания с учетом потерь
МПа.(1.7)
МПа.(1.8)
Отношение давлений с учетом потерь
(1.9)
Температура нагнетания при адиабатическом сжатии
.(1.10)
где - показатель адиабаты (для азота при нормальной температуре ).
1.4 Определение коэффициента подачи
Коэффициент давления
.(1.11)
Коэффициент подогрева равен
.(1.12)
где с - постоянная, изменяющаяся в пределах от 0.007 до 0.015.
Объемный коэффициент рассчитывается по формуле
,(1.32)
где - показатель политропы конечных параметров, величина A в котором определяется по соответствующим таблицам [методичка], исходя из величины давления всасывания (в данном случае ); - величина относительного мертвого пространства.
Выбирая по формуле (1.12) имеем
.(1.43)
Коэффициент плотности выберем равным .
Коэффициент выделения влаги можно принять равным .
Рассчитаем величину коэффициента подачи
.(1.15)
1.5 Основные размеры и параметры компрессора
Рабочий объем ступени
,(1.16)
где - производительность, выраженная в т.е. для , .
Рабочая площадь поршней
.(1.17)
Предварительное значение диаметров цилиндров
.(1.18)
Предварительное значение поршневой силы
кН.(1.19)
Ход поршня
м.(1.20)
где для бескрейцкопфных машин выбирается из диапазона .
Примем величину хода поршня равной м.
Уточненное значение частоты вращения
.(1.21)
Предполагая, что привод компрессора осуществляется от асинхронного электродвигателя через упругую муфту, питание электродвигателя осуществляется переменным током частотой 50 герц. Поэтому в соответствии с ГОСТ 6697-67 частота вращения вала компрессора можно принять равной частоте вращения вала электродвигателя об/мин, что соответствует , тогда уточненное значение скорости
.
1.6 Пересчёт с новым значением скорости
Уточненное значение коэффициента A, учитывающего совершенство компрессора
.
Относительные потери давления на всасывании уточненные
Относительные потери давления в нагнетательных клапанах уточненные
Уточненное давление всасывания и нагнетания с учетом потерь
МПа.
МПа.
Уточненное отношение давлений с учетом потерь
Температура нагнетания при адиабатическом сжатии уточненная
.
Коэффициент давления уточненный
.
Коэффициент подогрева уточненный
.
Уточненный объемный коэффициент
.
Коэффициент плотности .
Коэффициент выделения влаги .
Коэффициент подачи уточненный
.
Рабочий объем ступени уточненный
.
Рабочая площадь поршней уточненная
.
Значение диаметров цилиндров уточненное
.м
Округляем данное значение до соответствующего ГОСТ 9515-81.
Проверим значения
Такое значение не соответствует рекомендациям [1] поэтому выбираем новое значение .
Вновь проверяя убеждаемся, что данное значение удовлетворяет рекомендациям [1н].
Значение поршневой силы уточненное
кН.
Максимальное ускорение поршня
.
Площадь поршней уточненная
.
Рабочий объем ступени уточненный
.
Производительность компрессора с учетом округления основных параметров
.
В соответствии с ГОСТ 23680-79 производительность компрессора не должна отличаться от номинальной на величину более чем
Отклонение величины от номинального значения (см. значение V из табл. 1.1) не превышает V+2%.
1.7 Определение мощности по индикаторной диаграмме
По значениям , м, МПа и МПа построим индикаторную диаграмму (рис. 1.2). Если принять, что процессы сжатия (линия 1-2) и расширения (3-4) происходят по изоэнтропе, то координаты линии сжатия и расширения можно определить по формулам:
;(1.22)
.(1.23)
Таблица 1.2 - Точки линии сжатия
|
0,616 |
0,5 |
0,4 |
0,3 |
0,2 |
0,134 |
||
|
0,051016 |
0,059189 |
0,069385 |
0,085163 |
0,113677 |
0,1512 |
Таблица 1.3 - Точки линии расширения
|
0,134 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,616 |
||
|
0,031957 |
0,024026 |
0,018 |
0,014665 |
0,01251 |
0,010782 |
Рисунок 1.2 - Индикаторная диаграмма одноступенчатого поршневого компрессора
На представленной на рис. 1.2 диаграмме отображены процессы сжатия (линия 1-2). В точке 2 открывается клапан и происходит процесс нагнетания (линия 2-3). В точке 3 нагнетательный клапан закрывается и при обратном и при обратном движении поршня происходит процесс расширения газа из мертвого объема (линия 3-4). В точке 4 открывается всасывающий клапан и идет процесс наполнения газом рабочего пространства компрессора.
1.8 Проверочный расчет одноступенчатого поршневого компрессора
Таблица 1.4 - Исходные данные для поверочного расчета
|
Тип ПК |
Сжимаемый газ |
V, м3/мин |
PВС, МПа |
PНГ, МПа |
TВС, 0C |
Изменяемый параметр |
|
|
W - образный |
азот |
7 |
0,14 |
0,6 |
17 |
6 рядов |
Определим общее отношение давлений компрессора
Задаемся средней скоростью движения поршня
Относительные потери давления на всасывании (с учетом потерь во всасывающем фильтре )
Относительные потери давления в нагнетательных клапанах
.
Давление всасывания и нагнетания с учетом потерь
МПа.
МПа.
Отношение давлений с учетом потерь
Температура нагнетания при адиабатическом сжатии
.
Коэффициент давления
.
Коэффициент подогрева равен
.
Объемный коэффициент
.
Коэффициент плотности выберем равным .
Коэффициент выделения влаги можно принять равным .
Рассчитаем величину коэффициента подачи
.
Рабочий объем ступени
.
Рабочая площадь поршней
.
Предварительное значение поршневой силы
кН.
Ход поршня
.
Примем величину хода поршня равной м.
Уточненное значение частоты вращения
.
Предполагая, что привод компрессора осуществляется от асинхронного электродвигателя через упругую муфту, питание электродвигателя осуществляется переменным током частотой 50 герц. Поэтому в соответствии с ГОСТ 6697-67 частота вращения вала компрессора можно принять равной частоте вращения вала электродвигателя об/мин, что соответствует , тогда уточненное значение скорости
.
Уточненное значение коэффициента A, учитывающего совершенство компрессора
Уточненное значение коэффициента A, учитывающего совершенство компрессора
.
Относительные потери давления на всасывании уточненные
Относительные потери давления в нагнетательных клапанах уточненные
Уточненное давление всасывания и нагнетания с учетом потерь
МПа.
МПа.
Уточненное отношение давлений с учетом потерь
Температура нагнетания при адиабатическом сжатии уточненная
.
Коэффициент давления уточненный
.
Коэффициент подогрева уточненный
.
Уточненный объемный коэффициент
.
Коэффициент плотности .
Коэффициент выделения влаги .
Коэффициент подачи уточненный
.
Рабочий объем ступени уточненный
.
Рабочая площадь поршней уточненная
.
Значение диаметров цилиндров уточненное
.м
Округляем данное значение до соответствующего ГОСТ 9515-81.
Проверим значения
Такое значение не соответствует рекомендациям [1] поэтому выбираем новое значение .
Вновь проверяя убеждаемся, что данное значение удовлетворяет рекомендациям [1н].
Значение поршневой силы уточненное
кН.
Максимальное ускорение поршня
.
Площадь поршней уточненная
.
Рабочий объем ступени уточненный
.
Производительность компрессора с учетом округления основных параметров
.
В соответствии с ГОСТ 23680-79 производительность компрессора не должна отличаться от номинальной на величину более чем
Отклонение величины от номинального значения (см. значение V из табл. 1.1) не превышает 2%.
2. Термодинамический расчет многоступенчатого поршневого компрессора
2.1 Исходные данные
Необходимо спроектировать поршневой компрессор с заданными параметрами.
Таблица 2.1 - Исходные данные
|
Тип ПК |
Сжимаемый газ |
V, м3/мин |
PВС, МПа |
PНГ, МПа |
TВС, 0C |
Тохл , вид охл. |
|
|
W - образный |
азот |
7 |
0,1 |
0,8 |
20 |
15, вода |
2.2 Выбор схемы компрессора и определение количества ступеней компрессора
Проектируемый компрессор по своим параметрам соответствует компрессорам общепромышленного назначения малой производительности. Такие компрессоры целесообразно выполнять бескрейцкопфными. В соответствии с рис.1 Методических указаний на основании давления PНГ=0,8 МПа, а также с учетом сжимаемого газа (азот) принимаем количество ступеней компрессора равным z=2.
2.3 Определение режимных параметров компрессора
Общее отношение давлений компрессора равно:
=8
Отношение давлений по ступеням:
е1= е2==2,828
МПа
Относительные потери давления на всасывании (с учетом потерь во всасывающем фильтре дф)
A = 2,662,66кг/(мЧс2).
Относительные потери давления в нагнетательных клапанах первой ступени и промежуточном холодильнике
Относительные потери давления во всасывающих клапанах второй ступени
Относительные потери давления на нагнетании второй ступени
Давления всасывания и нагнетания с учетом потерь
= (1-МПа
= (1+МПа
= (1-МПа
= (1+МПа
Отношение давлений с учетом потерь
Температура нагнетания при адиабатическом сжатии
К
К
2.4 Коэффициент подачи
Коэффициент подачи ступеней определяется
где ло - объемный коэффициент; лд - коэффициент давления; лт - коэффициент подогрева; лпл - коэффициент плотности; лвл - коэффициент влажности.
Коэффициент давления равен
Коэффициент подогрева равен
,
где с - постоянная, изменяющаяся от 0.007 до 0.015.
=0,985-0,01(3,41-1)=0,961
=0,985-0,009(3,02-1)=0,967
Объемный коэффициент равен
=
=
где mi - показатель политропы конечных параметров, амi - величина относительного мертвого пространства.
примем согласно рекомендация
Коэффициенты выделения влаги принимаем .
Коэффициенты плотности
;
Коэффициенты подачи
л1 = 0.958Ч0.961Ч0.985Ч1Ч0,97 = 0.759,
л2 = 0.972Ч0.967Ч0.843Ч1Ч0.98 = 0.777.
2.5 Основные размеры и параметры компрессора
Рабочие объемы ступеней
м3/с
м3/с
Рабочие площади поршней
м2
м2
Согласно принятой схеме число одновременно работающих цилиндров ступеней равно .
Рабочая площадь одной полости равна:
м2
м2
Предварительные диаметры цилиндров ступеней равно:
м
м
Принимаем стандартные значения диаметров согласно ГОСТ8515-81:
м, м
Предварительное значение поршневой силы:
кН
кН
кН
кН
Выбираем базу компрессора W16 с параметрами: , ход поршня S= 0,080 м, частота вращения n = 25 с-1.
тогда уточненное значение скорости
.
2.6 Пересчёт с новым значением скорости
Относительные потери давления на всасывании (с учетом потерь во всасывающем фильтре дф)
A' = 2,662,66кг/(мЧс2).
Относительные потери давления в нагнетательных клапанах первой ступени и промежуточном холодильнике
Относительные потери давления во всасывающих клапанах второй ступени
Относительные потери давления на нагнетании второй ступени
Давления всасывания и нагнетания с учетом потерь
= (1-МПа
= (1+МПа
= (1-МПа
= (1+МПа
Отношение давлений с учетом потерь
Температура нагнетания при адиабатическом сжатии
К
К
Коэффициент подачи ступеней определяется
где ло - объемный коэффициент; лд - коэффициент давления; лт - коэффициент подогрева; лпл - коэффициент плотности; лвл - коэффициент влажности.
Коэффициент давления равен
Коэффициент подогрева равен
,
где с - постоянная, изменяющаяся от 0.007 до 0.015.
=0,985-0,01(3,28-1)=0,962
=0,985-0,01(3,0-1)=0,955
Объемный коэффициент равен
=
=
где mi - показатель политропы конечных параметров, амi - величина относительного мертвого пространства.
примем согласно рекомендация
Коэффициенты выделения влаги принимаем .
Коэффициенты плотности
;
Коэффициенты подачи
л1 = 0.85Ч0.296Ч0.962Ч1Ч0,97 = 0.235,
л2 = 0.98Ч0.971Ч0.963Ч0.843Ч1= 0.777.
Рабочие объемы ступеней
м3/с
м3/с
Рабочие площади поршней
м2
м2
Согласно принятой схеме число одновременно работающих цилиндров ступеней равно .
Рабочая площадь одной полости равна:
м2
м2
Уточненные диаметры цилиндров ступеней равно:
м
м
О кН
кН
кН
кН
Проверим значения
Данное значение удовлетворяет рекомендациям [1].
Индикаторная мощность ступеней компрессора равна:
,
где
Для второй ступени
1.36
1.34
1.3
1.3
Индикаторная мощность компрессора:
кВт
=0,85. Тогда мощность компрессора
кВт
По ГОСТ 19523-74 выбираем двигатель 4А180М4У3 с частотой вращения 1500 об/мин, мощностью 30 кВт.
2.7 Определение мощности по индикаторной диаграмме
По значениям , S, , , , строим индикаторную диаграмму для каждой ступени. Линии 1-2 и 3-4 строим аналогично одноступенчатому компрессору. Линии сжатия S1 и расширения S2 можно определить по формулам:
и
Таблица 2.2 Точки линии сжатия 1 ступени
|
Py |
0,3 |
0,25 |
0,2 |
0,15 |
0,1 |
0,0914 |
|
|
Sy |
0,037057 |
0,042195 |
0,049464 |
0,060712 |
0,08104 |
0,0864 |
Таблица 2.3 Точки линии расширения 1 ступени
|
Pz |
0,0914 |
0,1 |
0,15 |
0,2 |
0,25 |
0,3 |
|
|
Sz |
0,014922 |
0,013996 |
0,010485 |
0,008543 |
0,007287 |
0,0064 |
Таблица 2.4 Точки линии сжатия 2 ступени
|
Pz |
0,817 |
0,7 |
0,5 |
0,4 |
0,3 |
0,272 |
|
|
Sz |
0,039473 |
0,044067 |
0,056001 |
0,065647 |
0,080576 |
0,0864 |
Таблица 2.5 Точки линии расширения 2 ступени
|
Pz |
0,272 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,7 |
0,817 |
|
|
Sz |
0,014008 |
0,013064 |
0,010644 |
0,00908 |
0,007145 |
0,0064 |
Рис. 2.1 Индикаторная диаграмма первой ступени
Рис. 2.2 Индикаторная диаграмма второй ступени
Найдем индикаторное давление для каждой ступени:
Для первой ступени мм2, =192 мм, МПа/мм.
Мпа
Для второй ступени мм2, =189 мм, МПа/мм.
Мпа
Далее с помощью индикаторных диаграмм находим индикаторные мощности по ступеням:
0.12*106*0.011*0.016*100=2112 Вт
0.34*106*0.012*0.04*100=16320 Вт
кВт
Определенная по индикаторной диаграмме мощность не превышает ранее вычисленную, что вполне приемлемо.
Список литературы
поршневой компрессор одноступенчатый
1. Пластинин П.И. Поршневые компрессоры. Том 1. Теория и расчет - М.: Колос, 2000 - 456 с.
2. Термодинамический расчет поршневого компрессора Методические указания / КГТУ Сост. Р.М. Галиев, И.А. Шитиков, Казань, 1995, 32с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Определение базы поршневого компрессора, предварительное определение его мощности. Определение параметров нормализованной базы, требуемого числа ступеней. Конструктивный расчет компрессора. Определение номинального усилия базы, плотности газа по ступеням.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 04.04.2014Разработка проекта 4-х цилиндрового V-образного поршневого компрессора. Тепловой расчет компрессорной установки холодильной машины и определение его газового тракта. Построение индикаторной и силовой диаграммы агрегата. Прочностной расчет деталей поршня.
курсовая работа [698,6 K], добавлен 25.01.2013Определение основных размеров и параметров компрессора. Подсчет его массовой производительности с помощью уравнения состояния Клапейрона. Изменение внутренней энергии в процессе сжатия. Построение индикаторной диаграммы первой ступени компрессора.
контрольная работа [264,7 K], добавлен 21.04.2016Выполнение теплового и газодинамического расчетов двухступенчатого непрямоточного поршневого компрессора простого действия с неполным промежуточным охлаждением. Оценка потребляемой мощности электродвигателя. Проверка "мертвого" объема по ступеням.
курсовая работа [1012,3 K], добавлен 08.02.2012Выбор и сравнение прототипов по ряду критериев. Геометрический и кинематический анализ механизма двухцилиндрового поршневого компрессора. Определение силовых и кинематических характеристик механизма. Динамическое исследование машинного агрегата.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 20.09.2012Термодинамический расчёт двухступенчатого компрессора. Выбор двигателя, определение размеров поршней и цилиндров, частоты вращения коленчатого вала, действующих сил и сил инерции от вращательных и поступательно движущихся масс и их уравновешивание.
курсовая работа [3,9 M], добавлен 16.10.2013Структурный и кинематический анализ механизма поршневого компрессора. Расчет скоростей и ускорений точек и угловых скоростей звеньев механизма методом полюса и центра скоростей. Определение параметров динамической модели. Закон движения начального звена.
курсовая работа [815,2 K], добавлен 29.01.2014Особенности силового расчета механизма. Анализ метода подбора электродвигателя и расчета маховика. Построение кривой избыточных моментов. Характеристика и анализ схем механизмов поршневого компрессора. Основные способы расчета моментов инерции маховика.
контрольная работа [123,0 K], добавлен 16.03.2012Компрессорные поршневые агрегаты и применение их в современной криогенной технике, их производительность. Расчет по инженерной методике и определение базы компрессора. Мощность, затрачиваемая на сжатие и перемещение газа при термодинамическом процессе.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 29.05.2012Знакомство с особенностями проведения термодинамического и кинематического расчетов компрессора. Рассмотрение проблем распределения коэффициентов напора по ступеням. Этапы расчета параметров потока на различных радиусах проточной части компрессора.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 11.05.2014Газодинамический расчет центробежного компрессора. Выбор и определение основных параметров компрессора. Расчет безлопаточного, лопаточного диффузора. Определение диска на прочность. Ознакомление с таблицами напряжений. График результатов расчета диска.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 02.05.2019Технологическое назначение и схема компрессора марки 205 ГП 40/3,5. Описание конструкции оборудования, его материальное исполнение. Монтаж и эксплуатация компрессора, требования к эксплуатации оборудования. Расчет, проверка прочности цилиндра компрессора.
контрольная работа [1,8 M], добавлен 30.03.2010Методика вычисления коэффициента и степени неравномерности подачи поршневого насоса с заданными параметрами, составление соответствующего графика. Условия всасывания поршневого насоса. Гидравлический расчет установки, ее основные параметры и функции.
контрольная работа [481,9 K], добавлен 07.03.2015Проектирование осевого компрессора и профилирование лопатки первой ступени компрессорного давления. Расчет параметров планов скоростей и исходные данные для профилирования рабочей лопатки компрессора, её газодинамические и кинематические параметры.
контрольная работа [1,0 M], добавлен 22.02.2012Производительность компрессора – объем воздуха, выходящий из него, пересчитанный на физические условия всасывания. Универсальный гаражный источник сжатого воздуха. Цикл одноступенчатого одноцилиндрового горизонтального компрессора простого действия.
реферат [63,5 K], добавлен 04.02.2012Расчет на прочность рабочей лопатки первой ступени компрессора, диска рабочего колеса компрессора, динамической частоты первой формы изгибных колебаний лопатки рабочего колеса компрессора, деталей камеры сгорания. Опасные сечения и запасы прочности.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 22.02.2012Совершенствование дизелей в направлении увеличения агрегатной мощности и улучшения технико-экономических показателей методом газотурбинного наддува. Газодинамический расчет компрессора. Параметры воздушного потока. Профилирование колеса компрессора.
курсовая работа [135,8 K], добавлен 20.04.2012Рассмотрение основ работы компрессора К-7000-41-1, предназначенного для подачи сжатого воздуха в доменную печь. Расчет показателей для построения графиков зависимости газодинамических характеристик компрессора при постоянной частоте вращения ротора.
курсовая работа [202,2 K], добавлен 16.01.2015Описание конструкции компрессора газотурбинного двигателя. Расчет вероятности безотказной работы лопатки и диска рабочего колеса входной ступени дозвукового осевого компрессора. Расчет надежности лопатки компрессора при повторно-статических нагружениях.
курсовая работа [868,6 K], добавлен 18.03.2012Описание конструкции бытового холодильника. Расчет теплопритоков в шкаф. Тепловой расчет холодильной машины. Теплоприток при открывании двери оборудования. Расчет поршневого компрессора и теплообменных аппаратов. Обоснование выбора основных материалов.
курсовая работа [514,7 K], добавлен 14.12.2012
