Расчет поршневого компрессора: Методические указания к контрольной работе по курсам «Теплотехника» и «Техническая термодинамика и теплотехника»

Введение

Учебной программой для специальности 240801 («Машины и аппараты химических производств») предусмотрено выполнение контрольной работы  (КР) по дисциплине «Техническая термодинамика и теплотехника» - «Расчет поршневого компрессора». Выбор темы обусловлен тем обстоятельством, что потребители сжатого воздуха имеются на любом промышленном предприятии, что вызывает необходимость установки компрессорных агрегатов.

КР преследует следующую основную цель: закрепление знаний по термодинамике компрессорного процесса и освоение расчета поршневых воздушных компрессоров. При выполнении КР обязательным является изучение соответствующих разделов лекционного курса, глав и параграфов базового учебника по теплотехнике.

1 Задание на контрольную работу

Исходные данные для расчета поршневого компрессора приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Исходные данные для расчета

№ вар.	Конечное давление Р3, бар	Производительность V1, м3/ч	Показатель политропы n	Частота вращения nк, об/мин
1	2	3	4	5
1	8,0	300	1,20	600
2	8,5	400	1,22	650
3	9,0	500	1,24	700
4	9,5	600	1,26	730
5	10,0	700	1,28	750
6	10,5	800	1,30	800
7	11,0	700	1,28	780
8	11,5	600	1,26	750
9	12,0	500	1,24	600
10	11,5	400	1,22	700
11	11,0	300	1,20	800
12	10,5	400	1,22	620
13	10,0	500	1,24	650
14	9,5	600	1,26	730
15	9,0	700	1,28	750
16	8,5	800	1,30	780
17	8,0	700	1,28	800
18	8,5	600	1,26	850
19	9,0	500	1,24	780

Продолжение таблицы 1

1	2	3	4	5
20	10,0	300	1,20	730
21	10,5	400	1,22	720
22	11,0	450	1,24	700
23	11,5	500	1,26	650
24	12,0	550	1,28	620
25	8,0	600	1,30	600
26	8,5	650	1,28	650
27	9,0	700	1,26	780
28	9,5	750	1,24	800
29	10,0	800	1,22	600
30	10,5	300	1,20	650
31	11,0	350	1,26	680

В двухступенчатом компрессоре простого действия, схема которого представлена на рис.1, воздух сжимается от давления Р₁ =1 бар при T=27 °С до конечного давления Р₃ (см. табл. 1 ).

1 – цилиндр первой ступени; 2 – цилиндр второй ступени; 3 - промежуточный охладитель воздуха; 4 – коленчатый вал; 5 – шатуны; 6 – штоки; 7 – поршни; 8 - маховик

Рисунок 1 – Схема двухступенчатого поршневого компрессора простого действия

Степень повышения давления в обеих ступенях является одинаковой

,                           (1)

где  - степень повышения давление в ступени.

Стенки цилиндров первой и второй ступеней охлаждаются водой с одной интенсивностью, поэтому процессы сжатия в обеих ступенях происходят по политропе с одинаковым показателем n (см. табл.1).После первой ступени в промежуточном охладителе воздух охлаждается при постоянном давлении Р₂ до начальной температуры t₁.

Производительность компрессора при параметрах на всасывании (Р_l,t₁) равна V_j. Частота вращения коленчатого вала n_к также приведена в таблице 1. Для рабочего тела (воздуха) показатель политропы следует принимать в пределах    n = 1,24 ÷ 1,26.

В работе требуется определить:

1) давление воздуха после первой ступени Р₂ , бар;

2) температуру в конце сжатия в каждой ступени t₂ и t₃ (по условиям задания t₂ = t₃);

3) объемный расход сжатого воздуха после первой ступени V₂ и после второй ступени V₃, м³/ч;

4) массовую производительность сжатого воздуха G, кг/ч;

5) изменение внутренней энергии DU и энтальпии Di в каждой ступени;

6) количество удельной теплоты, отводимой охлаждающей водой от воздуха при сжатии в каждой ступени q, кДж/кг, а также в промежуточном охладителе q¢, кДж/кг, расход охлаждающей воды в рубашки цилиндров G_w, кг/ч и промежуточный охладитель G*, кг/ч, пологая, что вода в них нагревается от t¢_w = 10°C на входе до t¢¢_w = 20°C 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 удельную работу политропного сжатия l, кДж/кг;

9) затрачиваемую удельную работу изотермического сжатия l_из, теоретическую (N_из) и действительную (N_е) мощность, потребляемую компрессором, если его изотермический КПД h_из = 0,7, а механический КПД h_мех = 0,95÷0,98;

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

2 Определение параметров воздуха и массовой производительности компрессора

2.1 Давление за первой ступенью компрессора определяется из соотношения