Расчет и проектирование поршневых компрессоров и детандеров на нормализованных базах

                           САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ

                 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

             НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ И ПИЩЕВЫХ

                                   ТЕХНОЛОГИЙ.

              Рассчет и проектирование поршневых

               компрессоров и детандеров на

                       нормализованных базах.

                                                               студентки 443 группы

                                                                    Прытковой С.Г.

                                            2003 год

Цель задания:-освоить существующие подходы и методику расчёта,приобрести навыки обоснования кинематических и компоновочных схем компрессоров,приобрести практический опыт определения основных геометрических размеров и технических параметров многоступенчатых поршневых компрессоров на основе применения нормализованных баз;выполнить на практике подбор стандартизироанных самодействующих клапанов,поршневых колец,уплотнительных узлов штоков,элементов систем смазки и охлаждения;предложить рациональную схему системы регулирования рабочих параметров компрессора.

                               ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

Компрессор ВУ1.6/13

Среда-воздух

Объёмная производительность компрессора-V=1.6м3/мин

Ход поршня-S=65мм

Количество оборотов вала - n=1500 об/мин

Давление на входе в I ступень компрессора-Pвс1=0,1мПа

Давление на выходе из последней ступени компрессора-Pнг=1,3мПа

  Температура всасываемого газа-Tвс=27 С

 Компрессор двухступенчатый У-образный,двухрядный.

2.Определения числа ступеней сжатия.

По действующим нормам температура нагнетания  не должна превышать Тнгmax=453К-для транспортных и специальных компрессоров с воздушным охлаждением

Учитывая соотношение-Пк=Pнгz/Рвс1=П₁П₂….П_z=П_cт ^z=Пк

          Пк=Рнг2/Рнг1=1,3/0,1=13

Задаем ориентировочное значение давления в каждой ступени.

 П1=П2=ПZ=Пст

 3^z=13

  z=ln(П_к /Пст)=ln(13/3)=1,5-округляем 2

Z=2 определим уточнённое значение среднего отношения давлений по ступеням  Пст

  Пст ^Z=Пк

  Пст=Пк^1/2

 Пст=13^1/2

  Пст=3,6 теоретическое отношение Р в каждой из ступени компрессора при условии,что температуры газа на входе в ступень тоже одинакова.

        ПРОВЕРКА:

Пст ^Z=Пк

 3,60 ²=13

 13=13

Определение температур-Твс1+∆Тнедоохл.

 Твс1=300К

 Твс2=300+20=320К

I ступень

 Твс=300К

Пст=3,60    → Тнг=Твс1 • Пст1^(к-1)/к =300• 3,60^(1,4-1)/1,4=429,4К

II ступень

 Твс2=320К

 Тст2=320•3,60^(1,4-1)/1,4=458,1К

3 Корректировка номинальных отношений по ступеням.

Проводится с целью минимизации и обеспечения примерного равенства температур нагнетаемого газа по ступеням. Для этого обычно отношение давлений на I-ой ступени увеличивают по сравнению со средним на 5-12% ,поскольку на входе в первую ступень температура всасываемого газа минимальна. Следовательно,

П1=(1,06+1,15)•Пст=3,60•1,07=3,85

Отношения на промежуточных ступенях выбирают

Пк=П1•П2  →П 2=Пк/П1=13/3,85=3,37 →

П1=3,85

П2=3,37

4Определение давлений,температур и плотностей газа.

П1=Рнг1/Рвс1

Рнг1=Рвс1·П1=0,1•3,85=0,385мПА

При предварительном термодинамическом расчёте

Предполагается отсутствие газодинамических потерь

Между I и II ступенями

Рвс2=Рнг1

Рвсi=ρвсi•R•Твсi

ρвс1=  Рвс1/(Рвс1RТвс1)=(0,1•10⁶)/(287,1•300)=1,16 кг/м ³

ρвс2=  Рвс2/(Рвс2RТвс2) =(0,385•10⁶)/(287,1•320)=4,19 кг/м ³

∆Т ≈20 – 30

Тнг=Тнгц-∆Т

Тнг1=Твс1П₁^(к-1)/к==300•3,85^(1,4-1)/1,4=437,5К

Тнг2=Твс2П₂^(к-1)/к==320•3,37^(1,4-1)/1,4=449,6К

Тнг1=437,5-20=417,5К

Тнг2=449,6-20=429,6К

5Определение массовой производительности компрессора.

  1 m=ρвс1• V=1,16•0,026=0,03кг/с        V=1,6/60=0,026м³/с

m=m1• nmк=mк/n=0,03/25=0,0012кг

 6 Конструктивный расчёт компрессора.

 Определение предварительных значений относительных мертвых пространств по ступеням.

Относительное мёртвое пространство  icтупени сжатия ориентировочно можно определить на основании уравнения:

a_i = a_I+(0,02÷0,04)(i-1),

где а _i=0,07÷0,12-относительное мёртвое пространство I ступени сжатия.

а_I=0,07

2а_II=  0,07+(0,02)(2-1)=0,09

Расчёт объемного коэффициента.

Объёмный коэффициент λ_оi=1-а_1i(П^1/nр-1),где

n_р=(0,96÷0,98)к- показатель условной политропы  конечных параметров при расширении газа из мёртвого пространства ступени.

n_р=(0,97)1,4=1,36

λ_о1=1-а_I(П^1/nр-1)= 1-0,07(3,85^1/1,36-1)=0,88

λ_оII=1-а_II(П^1/nр-1)= 1-0,09(3,37^1/1,36-1)=0,87

Расчёт коэффициента подогрева.

Коэффициент подогрева λ_Т  для iступени компрессора  представляет собой отношение температуры на входе в ступень Т_всi к температуре газа в цилиндре в конце процесса всасывания Т_{I I},т.е

λ_Тi  =Твсi /Т_{I i}

λ_Тi  =1-(0,025)(Пi-1)           0,025 для водяного охлаждения.

λ_ТI  =1-(0,025)(ПI-1)= 1-(0,025)(3,85-1)=0,92

λ_ТII  =1-(0,025)(ПII-1)= 1-(0,025)(3,37-1)=0,94                    

 Выбор коэффициента давления.

Газодинамические потери в линии всасывания оцениваются коэффициентом давления  λ_д ,численно равным отношению давления в цилиндре i ступени в конце процесса всасывания РIi к давлению на входе в

рассматриваемую ступень Рвсi ,т.е.

  λ_дi,= РIi/ Рвсi

величина коэффициента давления может быть задана в следующем диапазоне:

I ступень…………………………………..0,97÷0,98

II ступень…………………………………0,98÷1,0

последующие ступени………………….……1,0

  λ_дI=0,97  λ_дII=0,98

 Оценка статической негерметичности  элементов ступени.

ν_пр =0,02…..0,04-относительные протечки через закрытые клапаны всасывания и нагнетания

Оценка динамической негерметичности ступени.

ν_пер =0,01……0,02-фактор,учитывающий закрытие всасывающих клапанов,по сравнению с теоретическим случаем.

 Оценка внешних относительных утечек газа.

 внешние утечки газа ν_в.у возможны только в ступенях,связанных с атмосферой через уплотнение поршня.

 ν_в.у≤0,02…0,03

Задание коэффициента влажности.

Коэффициент влажности ν_вл оценивает содержание в сжимаемом газа влаги, которая обычно выделяется в теплообменнике и влагомаслоотделителе после   I ступени сжатия. Поэтому на стадии предварительного расчёта можно приближённо задавать:

I ступень…………………………0,01

Все последующие ступени……..0

Определение коэффициента подачи ступени.