Разработка ротационного компрессора с катящимся ротором по заданным техническим данным

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

СУМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ТЕХНИЧЕСКОЙ ТЕПЛОФИЗИКИ

Пояснительная записка

к курсовому проекту

по курсу:

«Холодильные машины»

Шифр 00

Выполнил                                                           Буянов С.В.

Группа                                                             Х-71

Проверил                                                         Левченко Д.О.

СУМЫ 2011

Содержание

 

Техническое задание

Разработать и спроектировать ротационный компрессор с катящимся ротором по следующим техническим данным:

– холодопроизводительность                               ;

– рабочее тело                                                      R236fa

Исходные данные

Холодильный агент                                               R236fa

Холодопроизводительность                                

Температура испарения ХА                                     

Температура конденсации ХА                              

Частота вращения вала компрессора                     n=25об/с.

1.Термодинамический расчёт холодильного компрессора

Рисунок 1.1 - Схема одноступенчатой ПКХМ

Рисунок 1.2 - Цикл одноступенчатой ПКХМ -диаграмме

При определении параметров в узловых точках используем P,i-диаграмму для R236fa, а также таблицу для R236fa, с помощью которой переводим единицы измерения параметров в систему СИ.

Параметр		Точки
	1	2s	2	3	4
	160	764,7	764,7	764,7	160
	278	348	374	333	278
	366,5	408,1	418,4	277	277
	0,27	-	0,91	-	-

      Определение энтальпии в т.2.

Зная, что адиабатный КПД для РККР , имеем.

   ,  следовательно, температура во второй точке по диаграмме-Т=374К.  

      Удельная массовая  холодопроизводительность.

.

      Массовый расход рабочего вещества

.

      Удельная нагрузка на конденсатор

      Удельная работа сжатия

,

      Холодильный коэффициент

       Удельный объём на всасывании

,

       Удельный объём на нагнетании

       Удельная объемная холодопроизводительность

,

       Индикаторная мощность компрессора

        Отношение давлений компрессора

Коэффициент подачи компрессора

,

         принимаем показатель политропы обратного расшиения .

Объемный коэффициент подачи

,

Коэффициент дросселирования (если нет клапанов на всасывании) принимаем

,

Температурный коэффициент

,

Коэффициент плотности принимаем ,

тогда

,

           Действительная объемная производительность на всасывании.

,

          Действительная объёмная производительность на нагнетании

     Мощность трения принимаем

    Эффективная мощность

    Мощность электродвигателя c учётом запаса на пусковую мощность

2. Определение геометрических размеров

   Теоретический объём серповидной полости

 множитель «2» в знаменателе указывает на то, что у нас две рабочей полости.

;

Дальнейший расчет будем вести для одной рабочей полости, для другой он будет аналогичен.

            Выбор конструктивных размеров

                   принимаем  относительную  длину  ротора 

                   относительный ексцентриситет, принимаем  -

Радиус ротора РККР.

Действительная производительность одной рабочей полости в нашем случае :

Радиус ротора

Длинна ротора

Поскольку относительная длинна ротора    , имеем

Зная радиус ротора можем найти соответственно и ексцентриситет.

Радиус цилиндра

,

Толщина лопасти, принимаем

Максимальная площадь серповидной полости

Максимальный объём

Объём нагнетательной полости:

Площадь полости нагнетания

Зная объём полости сжатия, можем определить угол расположения нагнетательного патрубка:

Протабулирував  значение угла и площади сжатия в таблице Excel, получаем угол сжатия

3. Газодинамический расчет компрессорной машины

3.1. Расчет клапана на нагнетании

Для расчёта принимаем полосовой клапан.

Относительные потери мощности, [2], с.7:

Число Маха, [2], с.8:

Скорость холодильного агента в клапанах

,

где  – средняя скорость пара в цилиндре.

Средняя площадь нормального сечения между цилиндром и ротором.

        Условная скорость пара в нагнетательной ступени:

;

       Скорость звука на  нагнетательной ступени:

,

где  - газовая постоянная  и К=1,33-показатель адиабаты для R234fa.

Требуемая эквивалентная площадь проходного сечения клапана:

,

С другой стороны эквивалентная площадь клапана

,

где  – коэффициент расхода щели. Для полосовых самопружинящих клапанов

,

где   - максимальная высота подъема пластин для полосовых клапанов при частоте вращения вала ;

 - ширина щели в седле клапана.

Площадь проходного сечения щели:

Требуема длина щели  

Принимаем длину щели 

3.2 Расчет нагнетательного патрубка

Скорость холодильного агента в нагнетательном патрубке

.

Принимаем для нагнетательного патрубка  .

.

Диаметр нагнетательного патрубка

.

Принимаем .

3.3 Расчет всасывающего патрубка

Скорость холодильного агента во всасывающем патрубке

Принимаем для всасывающего патрубка .

.

Диаметр всасывающего патрубка

.

Принимаем .

4 Выбор электродвигателя

Мощность электродвигателя

.

Выбираем электродвигатель асинхронный серии 4А закрытый обдуваемый (ГОСТ 19523-81).

Мощность электродвигателя , типоразмер 4А132S4У3, скольжение , частота вращения .

Номинальная частота вращения вала этого двигателя равна

.

5 Предварительный расчет вала компрессора

Предварительный расчет стального вала компрессора заключается в определении диаметра его выходного конца из расчета на чистое кручение по пониженному допускаемому напряжению [t_к]=15…20 МПа по формуле:

Определим крутящий момент на валу :

Диаметр под молумуфту:

.

Принимаем d_вх=28 мм, с учётом стандартного ряда диаметров втулочно-пальцевой муфты.

Диаметр вала под посадку втулки d_п = 35 мм

Диаметр вала между роторами под втулку 55 мм.

6 Выбор втулочно-пальцевой муфты

            Выбор упругой втулочно-пальцевой муфты производится по передаваемому ею крутящему моменту Т_к .Пальцы и кольца берут стандартными с условием размещения в виде

z×d_o£ 2,8 Д_о,

где   z- число пальцев;

d_o – диаметр отверстия под упругий элемент;

Д_о – диаметр расположения пальцев.

По [4], с.301 z=6, d_o=0,028м; Д_о=0,075мм.

,

Наружный диаметр муфты равен

Д=0,120м

            Упругие элементы муфты проверяются на смятие по формуле

 

, Па

где d_п – диаметр пальца;

l_вт – длина упругого элемента;

[s]_см = 2×10⁶ Па – допускаемые напряжения.

d_п=0,01м, l_вт=0,076м.

 Па<2×10⁶Па

            Пальцы муфты проверяются на прочность по изгибным напряжениям по формуле 

, Па

где  с=3…5 мм – осевой зазор между полумуфтами;

  [s]_и – (160…200)×10⁶ Па – допускаемые напряжения.

7 Расчет шпоночных соединений.

В данном курсовом проекте применяются призматические шпонки со скругленными торцами. Длина шпонки l назначается из стандартного ряда [2], табл. 24.1, с. 372, чтобы она была на 5…10 мм меньше длины ступицы (зубчатого колеса, шкива, полумуфты). Соединение с призматической шпонкой проверяется на прочность по напряжениям смятия по формуле

, Па

где     Т – передаваемый шпонкой крутящий момент, Н×мм;

            l_р – рабочая длина шпонки ( при скругленных торцах l_р= l– b);

            d – диаметр вала в месте установки шпонки;

            [s_см]£ 100×10⁶ Па – допускаемое напряжение для чугунной ступици.

           [s_см]£ 100-120 ×10⁶ Па – допускаемое напряжение для стальной ступицы.

                        Если s_см окажется больше [s]_см, допускается установка на валу двух шпонок под углом 180^о.

       Размеры шпонок в формулах берутся из приведенных выше таблиц .

Проверяем шпонку под шкив ременной передачи на входном валу