Определение основных размеров и параметров компрессора

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВО «БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

Факультет: Энергетический

Кафедра: Теплоэнергетики и физики

Направление: Теплоэнергетика и теплотехника

Форма обучения: очная

Курс, группа: 4, ТТ-403

 

 

ПСЯНЧИН ЗАМИР ЗАГИРОВИЧ

 

Расчетно-графическая работа

на тему «Расчет поршневого компрессора»

по дисциплине «Нагнетатели и тепловые двигатели»

 

                                                                          «К защите допускаю»

                                                             Руководитель:

                                                                                   к.т.н., доцент Гайсин Э.М.

 

_________________________

(подпись)

 «____» _____________ 2020 г.

 

 

Оценка при защите:

 

__________________

 

__________________

         (подпись)

 

«____»_________________ 2020 г.

 

 

Уфа 2020

ЗАДАНИЕ

 

Исходные данные для расчета поршневого компрессора выдаются преподавателем. Выполнить расчеты двухступенчатого двухцилиндрового поршневого компрессора (рисунок 1) с водяным промежуточным охлаждением, приводом от внешнего электродвигателя и передачей крутящего момента на коленчатый вал через упругую муфту. Построить индикаторные диаграммы обоих ступеней компрессора.

Рисунок 1 Схема двухступенчатого двухцилиндрового ПК простого действия: 1 - цилиндр первой ступени (низкого давления); 2 - промежуточный охладитель воздуха; 3 - цилиндр второй ступени (высокого давления); 4-коленчатый вал; 5 - маховик; 6 - штоки; 7 - шатуны; 8 - поршни

 

Количество теплоты, отводимое водой от воздуха при сжатии в каждой ступени q, в промежуточном охладителе q^/ и расход охлаждающей воды на цилиндры G_w определять полагая, что вода в них нагревается от t_1w=10°С на входе и до t_2w=30°С на выходе. Недоохлаждение между ступенями компрессора принять ∆t=10°С. Тип приводного электродвигателя - асинхронный с короткозамкнутым ротором. Компрессор спроектировать с одним из стандартных значений хода поршня (50, 66, 82, 100, 125, 150, 200 мм) и синхронной частоты вращения коленчатого вала (8,34; 10; 12,5; 16,67; 25; 50 с^-1).

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ                                                                                                             4

1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ И ПАРАМЕТРОВ КОМПРЕССОРА                                                                                                    5

2 ПОСТРОЕНИЕ ИНДИКАТОРНЫХ ДИАГРАММ                                        10

3 РАСЧЕТ ПОТРЕБЛЯЕМОЙ МОЩНОСТИ И ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ                                                                                      13

4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ОХЛАЖДЕНИЯ ПРОМЕЖУТОЧНОГО ОХЛАДИТЕЛЯ ВОЗДУХА                                                                                 15                      

ЗАКЛЮЧЕНИЕ                                                                                                     16

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК                                                                 17

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Сжатые газы широко применяются в разнообразных областях промышленности и технике: в металлургической и химической промышленности, при дальнем газоснабжении, в энергетике, атомной технике и др.

Потребители сжатого воздуха имеются на любом предприятии АПК, что вызывает необходимость установки компрессорных агрегатов.

При выборе компрессора необходимо знать все параметры и характеристики, определяющие процесс сжатия и сжимаемый газ.

При конечных давлениях до 100 МПа и выше и всасываемых объемах не выше 400 м3/мин применяют поршневые компрессоры; для давлений до 0,6…1 МПа и всасываемых объемов до 300… 400 м3/мин – ротационные компрессоры. При больших всасываемых объемах (до 6…7 тыс. м3/мин) и повышении давлений до 0,2…0,3 МПа используют центробежные компрессоры. Для получения очень высоких производительностей (до 10…12 тыс. м3/мин) и сравнительно невысоких отношений давлений применяют осевые компрессоры.

Компрессорные машины выполняют с охлаждением и без него. Как правило, все поршневые компрессоры имеют специальные устройства для охлаждения газа в процессе сжатия.

Компрессорные машины отличаются также различным приводом. Электрический привод применяют для любых типов этих машин как непосредственно, так и через передачу.

 

 

ПОСТРОЕНИЕ ИНДИКАТОРНЫХ ДИАГРАММ

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Таким образом, сделал расчеты двухступенчатого двухцилиндрового поршневого компрессора с водяным промежуточным охлаждением, приводом от внешнего электродвигателя и передачей крутящего момента на коленчатый вал через упругую муфту. Построил индикаторные диаграммы обоих ступеней компрессора.

 

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1. Гайсин, Э.М. Нагнетатели и тепловые двигатели: учебное пособие/ Э.М. Гайсин – Уфа: Башкирский ГАУ, 2019. – 64 с.

2. Фотин Б.С., Прилуцкий И.К., Пирумов И.Б., Пластинин П.И. Поршневые компрессоры. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отделение, 1987.- 372 с.

3. Михайлов А.К., Ворошилов В.П. Компрессорные машины. - Москва: Энергоатомиздат, 1989. - 288 с.

 

 

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВО «БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

Факультет: Энергетический

Кафедра: Теплоэнергетики и физики

Направление: Теплоэнергетика и теплотехника

Форма обучения: очная

Курс, группа: 4, ТТ-403

 

 

ПСЯНЧИН ЗАМИР ЗАГИРОВИЧ

 

Расчетно-графическая работа

на тему «Расчет поршневого компрессора»

по дисциплине «Нагнетатели и тепловые двигатели»

 

                                                                          «К защите допускаю»

                                                             Руководитель:

                                                                                   к.т.н., доцент Гайсин Э.М.

 

_________________________

(подпись)

 «____» _____________ 2020 г.

 

 

Оценка при защите:

 

__________________

 

__________________

         (подпись)

 

«____»_________________ 2020 г.

 

 

Уфа 2020

ЗАДАНИЕ

 

Исходные данные для расчета поршневого компрессора выдаются преподавателем. Выполнить расчеты двухступенчатого двухцилиндрового поршневого компрессора (рисунок 1) с водяным промежуточным охлаждением, приводом от внешнего электродвигателя и передачей крутящего момента на коленчатый вал через упругую муфту. Построить индикаторные диаграммы обоих ступеней компрессора.

Рисунок 1 Схема двухступенчатого двухцилиндрового ПК простого действия: 1 - цилиндр первой ступени (низкого давления); 2 - промежуточный охладитель воздуха; 3 - цилиндр второй ступени (высокого давления); 4-коленчатый вал; 5 - маховик; 6 - штоки; 7 - шатуны; 8 - поршни

 

Количество теплоты, отводимое водой от воздуха при сжатии в каждой ступени q, в промежуточном охладителе q^/ и расход охлаждающей воды на цилиндры G_w определять полагая, что вода в них нагревается от t_1w=10°С на входе и до t_2w=30°С на выходе. Недоохлаждение между ступенями компрессора принять ∆t=10°С. Тип приводного электродвигателя - асинхронный с короткозамкнутым ротором. Компрессор спроектировать с одним из стандартных значений хода поршня (50, 66, 82, 100, 125, 150, 200 мм) и синхронной частоты вращения коленчатого вала (8,34; 10; 12,5; 16,67; 25; 50 с^-1).

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ                                                                                                             4

1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ И ПАРАМЕТРОВ КОМПРЕССОРА                                                                                                    5

2 ПОСТРОЕНИЕ ИНДИКАТОРНЫХ ДИАГРАММ                                        10

3 РАСЧЕТ ПОТРЕБЛЯЕМОЙ МОЩНОСТИ И ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ                                                                                      13

4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ОХЛАЖДЕНИЯ ПРОМЕЖУТОЧНОГО ОХЛАДИТЕЛЯ ВОЗДУХА                                                                                 15                      

ЗАКЛЮЧЕНИЕ                                                                                                     16

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК                                                                 17

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Сжатые газы широко применяются в разнообразных областях промышленности и технике: в металлургической и химической промышленности, при дальнем газоснабжении, в энергетике, атомной технике и др.

Потребители сжатого воздуха имеются на любом предприятии АПК, что вызывает необходимость установки компрессорных агрегатов.

При выборе компрессора необходимо знать все параметры и характеристики, определяющие процесс сжатия и сжимаемый газ.

При конечных давлениях до 100 МПа и выше и всасываемых объемах не выше 400 м3/мин применяют поршневые компрессоры; для давлений до 0,6…1 МПа и всасываемых объемов до 300… 400 м3/мин – ротационные компрессоры. При больших всасываемых объемах (до 6…7 тыс. м3/мин) и повышении давлений до 0,2…0,3 МПа используют центробежные компрессоры. Для получения очень высоких производительностей (до 10…12 тыс. м3/мин) и сравнительно невысоких отношений давлений применяют осевые компрессоры.

Компрессорные машины выполняют с охлаждением и без него. Как правило, все поршневые компрессоры имеют специальные устройства для охлаждения газа в процессе сжатия.

Компрессорные машины отличаются также различным приводом. Электрический привод применяют для любых типов этих машин как непосредственно, так и через передачу.

 

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ И ПАРАМЕТРОВ КОМПРЕССОРА

 

Давление воздуха после первой ступени компрессора (промежуточное давление) определяется из соотношения р_пр в МПа

                                             ,                                        (1.1)

где р_вс – давление всасывания, МПа, p_вс=0,1 МПа;

      р_пр – промежуточное давление, МПа;

      р_н – давление нагнетания, МПа.

Определим p_пр из выражения 1.1

МПа

Согласно выражению (1.1) степень повышения давления в обеих ступенях является одинаковой и поэтому температура воздуха на выходе из обеих ступеней будет одинаковой.          

 Температура в конце сжатия подсчитывается исходя из закономерностей политропного процесса T_н в К.

                                        ,                                (1.2)

где Т_вс=t_вс+273 – температура воздуха, К;      

n_с – показатель политропы сжатия.

                                                                                           (1.3)

где k – показатель адиабаты

Т_вс =19+273=292 К

К                         

Теоретическая производительность первой ступени Q_Т1 в м³/мин определяем по формуле

                                             ,                                           (1.4)

где     Q_д – действительная производительность компрессора, м³/мин;       

      λ₁ – коэффициент подачи первой ступени компрессора.

                                                   ,                                     (1.5)

где  – объемный коэффициент ступени;

    - коэффициент, учитывающий понижение давления при всасывании вследствие сопротивления системы всасывания;

    - коэффициент, учитывающий повышение температуры (понижение плотности газа) от нагревания газа при контакте со стенками системы всасывания и стенками цилиндра;

   - коэффициент, учитывающий утечки через неплотности во всасывающих клапанах и поршневых кольцах,

Объемный коэффициент ступени

                                    ,                                       (1.6)

где а – величина относительного "мертвого" пространства, а=0,05;

- степень повышения давления в ступени;

 n_р – показатель политропы расширения газа, остающегося во вредном объеме. 

                                                                                        (1.7)

                                           

  м³/мин

Теоретическая производительность второй ступени Q_Т2 в м³/мин определяем по формуле

                                   ,                                     (1.8)

где    λ₂ - коэффициент подачи второй ступени компрессора;    

      Т_вс1 - температура всасывания первой ступени, К;    

      Т_вс2=Т_вс1+∆t - температура всасывания второй ступени, К.

К

Определим коэффициент подачи второй ступени компрессора  λ₂.

 м³/мин

Диаметры цилиндров D_i можно определить по следующим соотношениям в м

                                         ,                                          (1.9)

где S – ход поршня, м;      

     n – частота вращения коленчатого вала компрессора, мин^-1.

м

м

Мертвые объемы цилиндров V_мi в м³

                                                   ,                                      (1.10)

где  -  рабочие объемы цилиндров компрессора, м³

                                                                                        (1.11)

                                     м³

                                     м³

 м³

 м³

Массовая производительность компрессора G подсчитывается с помощью уравнения состояния Клапейрона в кг/мин

                                           ,                                         (1.12)

где   R – газовая постоянная воздуха, Дж/(кг∙К); для воздуха R=287 Дж/(кг∙К).

 кг/мин

Изменение внутренней энергии в процессе сжатия

                                  ,                                       (1.13)

где     С_v =0,722 кДж/(кг∙К) – изохорная теплоемкость воздуха. 

кДж/кг

Теплота политропного процесса сжатия в цилиндре первой ступени

                                               ,                            (1.14)

 

кДж/кг

Теплота q одинакова как для первой, так и для второй ступени.

Расход охлаждающей воды G_w1 на цилиндр первой ступени подсчитывается из уравнения теплового баланса

                                        ,                                (1.15)

где t_2w-t_1w – разность температур охлаждающей воды на выходе и входе;                 

     С_в =4,19 кДж/(кг·К) – массовая теплоемкость воды.

кг/мин

Расход воды на цилиндр второй ступени будет таким же, т.е. G_w2= G_w1.

Отводимая от воздуха теплота в промежуточном охладителе при p₂=const

                                          ,                                 (1.16)

где С_р=1,005 кДж/(кг·К) – изобарная теплоемкость воздуха.

 кДж/кг