Тепловой расчёт поршневого компрессора
Тепловой расчёт поршневого компрессора включает в себя определение коэффициентов подачи и описанных объёмов ступеней; определение температурных режимов ступеней и подбор смазочных материалов; подбор стандартизированных клапанов или расчёт клапанов; определение индикаторных мощностей ступеней и мощности на валу компрессора; подбор приводного двигателя. Приведённые примеры тепловых расчётов воздушного и холодильного компрессоров помогут в выполнении этого раздела.
Используя полученные в предыдущем разделе значения степеней повышения давлений в ступенях и величины межступенчатых давлений, определяют коэффициенты подачи в каждой ступени.
Составляющие коэффициента подачи определяют следующим образом. Задаются в соответствии с рекомендациями коэффициентами: дросселирования , подогрева , плотности . Рассчитывают коэффициенты подогрева и влажности . Объемный коэффициент подсчитывают по формуле
.
Задаются значением относительного объема аm для всех ступеней сжатия. По рекомендациям определяют значение показателя политропы конечных параметров m.
Коэффициенты подачи ступеней находят по уравнению
.
Результаты расчетов сводят в таблицу.
После этого приступают к определению основных размеров и параметров ступеней.
Объем, описываемый поршнем I ступени:
.
Температура всасывания i-й ступени (кроме первой) находится из соотношения Твсi = ТвсI + ΔТ (где ∆Т – недоохлаждение перед i-й ступенью, принимаемое равным 8 – 12 К).
Объем, описываемый поршнем i-й ступени
.
Затем задаются частотой вращения вала электродвигателя n0 (с учётом параметров прототипа или по общим рекомендациям).
Задаются средней скоростью поршня ст или определяют её расчётным путём: сm = 2Sпn0. Описанный объем цилиндра простого действия Vh = (π/4)D2Snn0. Тогда получают Vh = (π/8)D2сm или . Для цилиндра двойного действия с дисковым поршнем или для цилиндра с дифференциальным поршнем используют соответствующие зависимости для определения диаметров по известному описанному объёму.
Для каждой ступени значение D округляют до ближайшего стандартного размера диаметра цилиндра по ГОСТ 9515–8.
Рассчитывают полный ход поршня:
.
После округления значения хода поршня уточняют среднюю скорость поршня:
.
Если частота вращения коленчатого вала и ход поршня заимствовались из выбранного прототипа, то и средняя скорость поршня будет равна средней скорости поршня этого прототипа.
Проверяют значения Sп/DI и Sпn02. Эти значения должны соответствовать современным тенденциям.
Уточняют описанные поршнями объемы после округления диаметров цилиндров (и хода поршня):
.
Проверяют производительность компрессора с учетом округления основных размеров цилиндра:
.
Согласно ГОСТ 23680–79 производительность компрессора не должна отличаться от номинальной не более чем на ± 5 %.
Основные размеры и параметры ступеней компрессора сводят в таблицу.
Далее определяют температуры нагнетания в каждой ступени.
Например, принимая, что сжатие воздуха происходит по адиабате (k = 1,4), находят температуру нагнетания:
.
Расчет сводится в таблицу.
Для воздушного компрессора допустимой является температура нагнетания до 454 К. В этом разделе с учётом рассчитанной температуры нагнетания и свойств рабочего газа необходимо подобрать смазочный материал для ступеней сжатия и для компрессора в целом.
Проектирование системы газораспределения чаще всего заключается в подборе самодействующих унифицированных клапанов по пропускной способности.
Основным критерием при подборе клапанов в рамках курсового проекта рассматривают допустимую относительную потерю мощности в клапанах ΔNкл/Nинд, которую выбирают по рекомендациям.
По выбранному допустимому значению ΔNкл/Nинд находят соответствующие значения критерия скорости F.
Скорость звука при условиях течения в клапане определится из выражения
,
где R – газовая постоянная, принимается по справочным данным.
Далее необходимо рассчитать допустимую условную эквивалентную скорость газа в клапане:
.
Затем определяют необходимое значение эквивалентной площади клапана:
.
где zкл – количество клапанов.
В каждой ступени в соответствии с полученной величиной суммарной эквивалентной площади клапанов всасывания и нагнетания и компоновочными возможностями ступени необходимо уточнить число и типоразмер клапанов в этой ступени.
Результаты расчётов сводят в таблицу.
Кроме определения геометрии проточной части клапанов, необходимо произвести расчёт пружин в клапанах.
Из уравнения неразрывности определяют скорректированное значение эквивалентной скорости газа в клапане и скорость звука:
; .
Затем находят скорректированное значение критерия скорости газа в клапане:
.
По известному скорректированному значению критерия скорости F находят максимальное значение теоретической относительной потери давления в клапане æmах. Задаются величиной коэффициента мощности Θ = æп.о./æmax.
По известным значениям æmax и Θ находят минимальное значение относительного перепада давления в клапане, необходимого для преодоления силы упругости пружины в полностью открытом клапане:
æп.о. = Θæmax т.
Минимальный перепад давления, необходимый для полного открытия клапана, будет равен:
Δрn.o. = æп.о.р.
Находят отношение полной высоты подъема пластины к ширине прохода в щели h/b. Значения h и b приведены в справочных данных по характеристикам клапанов.
На основании полученного значения отношения h/b по графикам находят коэффициент давления потока ρр.
Затем рассчитывают приведенную силу упругости пружины:
.
Округляют значение приведенной силы упругости пружины до ближайшего номинального значения Впр.ном.
Определяют силу давления пружины на пластину клапана:
.
Результаты расчета сводят в таблицу.
После этого приступают к определению мощности привода компрессора.
Сначала определяют индикаторную мощность каждой ступени компрессора по методике, использующей упрощенную схематизированную диаграмму:
,
где Θ – коэффициент, учитывающий возвращение энергии в процессе расширения; .
Индикаторная мощность компрессора равна сумме индикаторных мощностей ступеней:
.
Значением механического КПД задаются по рекомендациям.
Эффективную мощность (мощность на валу компрессора) определяют по Nинд.к и ηмex:
.
Используя полученное значение Nе и принятую в расчёте частоту вращения подбирают электродвигатель и проверяют правильность задания n0 при определении основных размеров ступеней. В случае значительного расхождения уточняют основные размеры ступеней. Номинальная мощность электродвигателя должна превышать расчётную мощность на валу компрессора примерно на 20 % для компенсации возможных перегрузок компрессора.
При расчётах реальных газов [6, 9] необходимо учитывать их сжимаемость. Как известно, для реальных газов уравнение состояния записывается в виде
,
где ξ – коэффициент сжимаемости, определяемый по справочным данным [9].
При этом объёмный коэффициент определится из следующего соотношения:
,
где kТ – температурный показатель адиабаты [9].
Температура нагнетания при адиабатном сжатии рассчитывается по следующему выражению:
.
Индикаторная мощность ступени при сжатии реального газа может быть рассчитана по следующему соотношению:
,
где Θ – коэффициент, учитывающий возвращение энергии в процессе расширения; ; – показатель избытка работы в адиабатическом цикле; ; здесь – показатель отклонения сжимаемости в начальной, конечной и средней точках адиабаты [9].
Дата добавления: 2021-06-28; просмотров: 353;