Расчет и проектирование поршневых компрессоров на нормализованных базах

Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий

Кафедра криогенной техники

Курсовая работа

Расчёт и проектирование поршневых компрессоров на нормализованных базах

Выполнил: студент 443 группы

Литвинович А.В.

Принял: Прилуцкий А.И.

Санкт-Петербург

2010

Исходные данные

Род сжимаемого газа	сухой воздух
Объёмная производительность компрессора, приведенная к условиям всасывания	Vвс=12 м3 /мин
Давление на входе в 1-ю ступень компрессора	Pвс=0,1 МПа
Давление на выходе из последней ступени компрессора	Pнг=0,9 МПа
Температура всасываемого газа	Твс=293 К
Охлаждение	водяное
Тип компрессора	стационарный

1. Расчёт и проектирование поршневых компрессоров на нормализованных базах

1.  Принимаем  значениями температур и давлений нагнетания и всасывания

T_вс1= 293 К

Т_вс2= 313 К

k = 1.4 –показатель адиабаты

2.  Определение базы компрессора

В зависимости от заданной производительности компрессора по табл. 2.1 [1]выбирается база

Выбираем прямоугольную базу.

3.  Предварительное определение мощности компрессора

N_из– мощность, затраченная на сжатие и перемещение газа при постоянной температуре

N_k- мощность на валу

- изотермный КПД компрессора

4.  Определение параметров базы

По полученной величине  , используя данные, приведённые на рис. 2.1 [1], определяется число рядов для выбранного типа базы.

Выбираем прямоугольную двухрядную базу.

Условия безопасной эксплуатации компрессора:

 - для стационарного компрессора

5.  Определение номинального усилия базы

Средняя мощность, затрачиваемая на сжатие газа в отдельном ряде поршневой машины:

lnN_p = 3.45

По рис. 1.7 [1] определяем lnП_б, а затем и номинальное усилие базы

lnП_б=3.7

Параметры базы:

Шифр базы	Пб,кН		мм	, кВт	dшт, мм	n,
М25-2	25	2	100	40-50	32	12.50

6.  Определение плотности газа по ступеням

R=287.1 кДж/кгК– универсальная газовая постоянная

7.  Определение массового расхода газа через компрессор

 

m – массовый расход за один оборот коленчатого вала

2. Конструктивный расчёт компрессора

1.  Определение предварительных значений относительных мёртвых пространств по ступеням

Относительное мёртвое пространство i-ой ступени сжатия ориентировочно можно определить на основании уравнения:

где = 0.07 – относительное мёртвое пространство 1 ступени сжатия

Малым компрессорам с торцевым расположением клапанов соответствует значение

= 0.11

Тогда

а₂=0.11+0.03(2-1)=0.16

2.  Расчёт объёмного коэффициента

n_p - показатель условной политропы конечных параметров при расширении газа из мёртвого пространства ступ0ени

К = 1.4 – показатель адиабаты

3.  Расчёт коэффициента подогрева

Коэффициент подогрева представляет собой отношение температуры на входе в i-ю ступень  к температуре газа в цилиндре в конце процесса всасывания , т.е.

 

При этом

 будет

,

где – повышение температуры свежего газа в цилиндре при контакте его со стенками рабочей камеры, более теплыми, чем рабочий газ.

Вычисление величины Т_i при инженерных расчетах затруднительно. Поэтому, рассчитываем коэффициент подогрева по эмпирическому уравнению

, где

- относительные тепловые потери, связанные с разогревом стенок цилиндра за счёт механического трения при

С = 0.01 – коэффициент, учитывающий способ охлаждения ступени (водяное)

4.  Выбор коэффициента давления

учитывает газодинамические потери на линии всасывания и равен отношению давления в цилиндре i-й ступени в конце процесса всасывания  к давлению на входе в ступень

1 ступень

2 ступень

5.  Оценка статической негерметичности элементов ступени

Статическая негерметичность характеризуется величиной протечек через уплотнение поршня и закрытые клапаны.

 - суммарные относительные протечки через закрытые клапаны ступени

 - относительные протечки через уплотнение поршня

6.  Задание коэффициента влажности

 - оценивает содержание в сжимаемом газе влаги, которая обычно выделяется в теплообменнике и влагомаслоотделителе после первой ступени сжатия.

Задаемся:

7.  Определение коэффициента подачи ступени

8.  Определение рабочих объёмов цилиндров

Рабочий объем цилиндра i-й ступени V_hi и массовый расход газа через него за один цикл m_i связаны между собой уравнением

 - массовый расход газа через цилиндр за 1 цикл

 - рабочий объём цилиндра i-ой ступени

Z_цi - число цилиндров i-ой ступени

(cм. п. 1.7)

м³

 м³

9.  Определение активной площади поршней и диаметров рабочих цилиндров

Под активной площадью поршня отдельного цилиндра i-ой ступени следует понимать ту его часть, на которую действует давление газа соответствующей ступени сжатия.

Рассчитываем диаметры рабочих цилиндров:

 

             Принимаем  

        Принимаем                         По округлённому значению диаметров определяем новое значение .

 м³

10.   Расчёт поршневых сил

Силы, направленные от вала в сторону цилиндропоршневой группы принимаем со знаком «+». Силы, направленные в противоположную сторону – со знаком «-».

Величина газовой поршневой силы определяется уравнением

–давление газа в i-ой ступени
 - число ступеней ряда

 - перегрузка базы  (

 – площадь, на которую действует давление газа

1-ый ряд:

Верхняя мертвая точка

Нижняя Мёртвая Точка

2-ой ряд: