- •Теория, расчёт и конструирование поршневых компрессоров Учебное пособие по курсовому проектированию по дисциплине «Теория, расчёт и конструирование поршневых компрессоров»
- •Принятые сокращения и обозначения
- •1. Выбор конструктивной схемы*
- •2. Тепловой расчёт поршневого компрессора
- •2.1. Примеры теплового (термодинамического) расчёта поршневого компрессора
- •2.1.1. Воздушный компрессор (выполнен студентом н.В. Жмаевым)
- •Распределение повышения давления по ступеням
- •Определение коэффициентов подачи
- •Определение основных размеров и параметров ступеней
- •Определение индикаторной мощности компрессора и выбор электродвигателя
- •Подбор электродвигателя
- •Определение температуры нагнетания
- •Выбор клапанов по пропускной способности
- •I ступень: ;
- •II ступень: .
- •Подбор пружин клапанов
- •2.1.2. Холодильный компрессор (выполнен студентом в.И. Поспеловым) Определение термодинамических параметров
- •Расчет газового тракта компрессора
- •3. Динамический расчёт поршневого компрессора
- •3.1. Примеры динамического расчёта поршневого компрессора
- •3.1.1. Воздушный компрессор (выполнен студентом н.В. Жмаевым) Уравновешивание компрессора
- •Построение индикаторных диаграмм
- •Построение силовых диаграмм
- •Построение диаграмм суммарного противодействующего момента
- •3.1.2. Холодильный компрессор (выполнен студентом в.И. Поспеловым)
- •Построение расчетной индикаторной диаграммы
- •Построение диаграммы суммарной поршневой силы
- •Построение диаграммы суммарной тангенциальной силы
- •Построение диаграммы радиальных сил
- •Уравновешивание
- •Расчет маховика
- •4. Прочностные расчёты
- •4.1. Примеры прочностных расчётов (выполнены студентами н.В. Жмаевым и в.И. Поспеловым) Расчет на прочность стержня шатуна
- •Расчет на прочность верхней головки шатуна
- •Расчет шатунного болта
- •Расчет мотылёвой (кривошипной) головки шатуна
- •Расчет штока
- •Расчет литого чугунного цилиндра
- •5. Рекомендации по выполнению курсового проекта с элементами нирс
- •5.1. Тепловой многовариантный расчёт газового компрессора (выполнен студенткой о.В. Трофимовой)
- •Определение необходимого числа ступеней сжатия в компрессоре
- •Определение температуры нагнетания
- •Определение секундного объема, описываемого поршнем
- •Определение активной площади поршня
- •Определение предварительного значения диаметра цилиндра
- •Выбор клапанов по пропускной способности
- •Определение мощности привода компрессора
- •Сравнительный анализ работы компрессора в других режимах
- •5.2. Проверочные прочностные расчеты с использованием универсального программного пакета ansys (выполнен студентом е.В. Суховым)
- •Приложения
- •Министерство образования и науки Российской Федерации
5. Рекомендации по выполнению курсового проекта с элементами нирс
В некоторых случаях студенты могут выполнять курсовой проект в расширенном объёме или с использованием элементов НИРС, то есть результатов экспериментальных исследований отдельных узлов поршневого компрессора, современных методик расчёта и компьютерных технологий, результатов изобретательской деятельности и т.п. Такие проекты выполняются по желанию студента, тема такого проекта разрабатывается руководителем курсового проекта индивидуально для каждого такого студента с учётом его задела по НИРС. Ниже приводятся пример вариантного теплового расчёта газового компрессора с многокомпонентным рабочим телом и примеры применения универсальной программы ANSYS для проверочных прочностных расчётов.
5.1. Тепловой многовариантный расчёт газового компрессора (выполнен студенткой о.В. Трофимовой)
Определяем газовую постоянную смеси для значений r1 и r2 по формуле [6, 9]:
,
где ri – объемная доля i-го компонента в смеси при атмосферном давлении; μi – молекулярная масса того же компонента.
Свойства веществ [6, 9] и состав рабочего газа (табл. 5.1):
Таблица 5.1.
-
μ
R, Дж/кгК
Ткр, К
Ркр, МН/м2
r1
r2
k,
(при Р = 0,01013 МПа, Т= 273 К)
Метан
16,04
518,9
190,55
4,65
0,03
0,03
1,32
Этан
30,07
276,6
305,3
4,86
0,03
0,03
1,20
Пропан
44,09
188,6
369,8
4,27
0,02
0,02
1,16
Бутан
58,12
143,1
425
3,8
0,01
0,01
1,10
Пентан
72,15
115,2
469,77
3,374
0,01
0,005
1,08
Гексан
86,17
96,5
507,85
3,031
0
0,016
1,06
Гептан
100,20
82,9
540,16
2,736
0
0,025
1,05
Октан
114,22
72,8
569,35
2,496
0
0,023
1,04
Нонан
128,25
65,0
594,15
2,288
0
0,008
1,03
Декан
142,28
58,4
619,15
2,117
0
0,0006
1,02
Водород
2,02
4125,0
32,8
1,29
0,9
0,82
1,41
R1 = 8314,4/(0,0316,04 + 0,03·30,07 + 0,02·44,09 + 0,01·58,12 + 0,01·72,15 +
+ 0,9·2,02) = 1543,8 Дж/(кгК);
R2 = 8314,4/(0,03·16,04 + 0,03·30,07 + 0,02·44,09 + 0,01·58,12 + 0,005·72,15 +
+ 0,016·86,17 + 100,20·0,025 + 114,22·0,023 + 128,25·0,008 + 142,28·0,0006 +
+ 2,02·0,82) = 665,9 Дж/(кгК).
Показатель адиабаты газовой смеси определяем по формуле [9]:
.
При подстановке получим
1/(к1 – 1) = 0,03/(1,32 – 1) + 0,03/(1,2 – 1) + 0,02/(1,16 – 1) + 0,01/(1,1 – 1) +
+ 0,01/(1,08 – 1) + 0,9/(1,41 – 1) = 2,43; откуда к1 = 1,41.
1/(к2 – 1) = 0,03/(1,32 – 1) + 0,03/(1,2 – 1) + 0,02/(1,16 – 1) + 0,01/(1,1 – 1) + + 0,005/(1,08 – 1)+0,016/(1,06 – 1) + 0,025/(1,05 – 1 + 0,023/(1,04 – 1) + + 0,008/(1,03 – 1) + 0,00006/(1,02 – 1) + 0,82/(1,41 – 1) = 4,14; откуда к2 = 1,23.
Термодинамический расчет проводим по [6] для следующих значений: производительность компрессора при заданных нормальных условиях Vh ٭= 50000 м3/ч; Рн = 1,9 МПа; Рв = 1,3 МПа; Твс = 330 К; к1 = 1,41; R1 = 1543,8 Дж/(кгК).