Определение основных размеров и параметров ступеней

Объем описываемый поршнем I ступени определяем по формуле

,

где V_e – производительность компрессора. Ее значение дано в задании. Тогда

м³/с.

При переходе из одной ступени сжатия в другую газ охлаждается не полностью.

Температуру всасывания во II ступень определяем по формуле:

,

где ΔТ – недоохлаждение перед II ступенью (принимаем ΔТ = 10 К). Тогда

К.

Объем описанный поршнем II ступени определяем из формулы

;

м³/с.

По заданным параметрам в качестве ближайшего аналога и прототипа выбираем оппозитный компрессор типа 4М16, который имеет следующие характеристики (табл. 2.3).

Таблица 2.3.

Индекс	Поршневая сила, кН	Ход поршня, мм	Число рядов	Обозначение модификаций	Расстояние между рядами, мм	Масса, кг	Частота вращения, 1/с	Средняя скорость поршня, м/с	Максимальная мощность в ряду, кВт	Масса поступательно движущихся частей, кг
										Предельно допустимая суммарная	Крейцкопфа и 0,3 шатуна	Поршневого штока	Предельно допустимая для поршня
М16	160	320	4	4М 16	1850	12510	8,33	5,33	550	640	170	70	400

Активные площади поршней I, II ступеней определяем из уравнения

.

Так как у нас в каждой ступени по два цилиндра, то эта формула примет вид

,

где С_m – средняя скорость поршня (берем из табл. 2.3).

Тогда

м²; м².

В ступенях двойного действия со штоком с одной стороны поршня (что соответствует выбранной схеме компрессора) диаметры цилиндров находятся по формуле

,

где – площадь штока, она равна.

Тогда получим выражение для расчета диаметра цилиндра в следующем виде

;

м;

м².

Рассчитаем значение :

м.

Значения иокругляем до ближайшего стандартного размера диаметра цилиндра по ГОСТ 9515–81 [6]:D₁ = 0,580 м; D₂ = 0,320 м.

Рассчитаем геометрические площади поршней:

м²; м².

Уточним описанные поршнями объемы после округления диаметров цилиндров и хода поршня по формуле

;

м³/с.;м³/с.

Проверяем производительность компрессора с учетом округления основных размеров цилиндра: так как V_е = λ₁·V_h1, получаем V_е = 0,7333·2,476 = 2,016 м³/с.

Согласно ГОСТ 23680–79 производительность компрессора не должна отличаться от номинальной более чем на ± 5 %. В нашем случае отклонение составляет ± 0,68 %.

Основные размеры и параметры ступеней компрессора сводим в табл. 2.4:

Таблица 2.4.

Параметр	I ступень	II ступень
Число цилиндров	2	2
Диаметр цилиндров , м	0,580	0,320
Площадь поршня , м^2	0,2642	0,0804
Объем описываемый поршнями , м^3/с.	2,746	0,8359

Определение индикаторной мощности компрессора и выбор электродвигателя

Индикаторная мощность многоступенчатого компрессора равна сумме индикаторных мощностей отдельных ступеней сжатия:

,

где z – число ступеней (z = 2); N_ui – индикаторная мощность i-ой ступени, которая определяется из уравнения

,

где х_1i – средняя относительная потеря давления на всасывание в ступень; а_i – относительная величина мертвого пространства в ступени; П_цi – отношение давлений в цилиндре; А_рi и А_ci – величины, определяемые ниже.

Определим все величины, входящие в выражение для индикаторной мощности ступеней. Средние относительные потери давления во всасывающих и нагнетательных клапанах составляют [6, 8, 9]: х₁₁ = 0,03 ÷ 0,07; х₂₁ = 0,8·х₁₁. Принимаем х₁₁ = 0,05, тогда х₂₁ = 0,8·0,05 = 0,04. Потери во второй ступени составят: х₁₂ = 0,8·0,05 = 0,04, тогда х₂₂ = 0,8·0,04 = 0,032.

Найдем отношение давлений газа в цилиндрах (П_цi) по формулам

; ;

; .

Значения величин А_рi и А_ci определяем по формулам

; ,

где n_сi – показатель политропы сжатия, он находится по приближенной формуле n_сi = n_с1 + 0,015(i – 1)k, где k – показатель адиабаты, принимаем k = 1,4.

Величина n_с1 находится из соотношения n_с1 = аk, где а – коэффициент, значения которого изменяются а = 0,92 ÷ 1. Меньшее значение коэффициента а следует выбирать для компрессоров небольшой производительности и отношений давления, близких к 3. Для нашего случая принимаем а = 0,99.

Получаем n_с1 = 0,99·1,4 = 1,386; n_с2 = 1,386 + 0,015(2 – 1)1,4 = 1,407.

n_рi – показатель политропы расширения находится по формуле

;

; .

Тогда

;

;

;

.

Подставим все известные величины в формулу для определения индикаторной мощности ступеней, кВт:

;

.

Тогда полная индикаторная мощность компрессора:

кВт.

Мощность, потребляемая компрессором, определяется по формуле

,

где η_мех – механический коэффициент полезного действия компрессора, который задают, используя статистические данные близких по параметрам машин (принимаем η_мех = 0,95 [8]).

Получаем кВт.

Следовательно, электродвигатель должен обладать мощностью: N ≥ N_эд, где N_эд = 1,2·N_к, откуда N_эд = 1,2·725,956 = 871,16 кВт.