- •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
2.1.2. Холодильный компрессор (выполнен студентом в.И. Поспеловым) Определение термодинамических параметров
В соответствии с циклом холодильной машины (рис. 2.1) определяются параметры узловых точек по таблицам насыщенных паров фреона – 404А (табл. 2.8).
Рис. 2.1. Цикл паровой холодильной машины
Температура перегрева рабочего тела перед компрессором определяется как
,
где ΔТвс – перегрев на всасывании в компрессор.
Для фреонов ΔТвс = (15 ¸30) К. Принимаем ΔТвс = 15 К, тогда
Тпер = 238 + 15 = 253 К.
Температура переохлаждения рабочего тела перед дроссельным вентилем определяется из условия регенеративного теплообмена:
.
Откуда i3¢ = i3 – i1 + i1¢ = 263 – 361 + 349 = 251 кДж/кг;
Таблица 2.8
Параметры узловых точек
|
1¢ |
1 |
2 |
3 |
3¢ |
4 |
Р, бар |
1,63 |
1,63 |
18,1 |
18,1 |
18,1 |
18,1 |
Т, К |
248 |
253 |
237 |
313 |
303 |
248 |
i, кДж/кг |
349 |
361 |
416 |
263 |
251 |
251 |
υ, м3/кг |
|
0,127 |
0,0125 |
|
|
|
S, кДж/кгК |
|
1,69 |
|
|
|
|
Степень повышения давления в компрессоре:
; .
Удельная массовая холодопроизводительность:
; кДж/кг.
Массовый расход рабочего вещества:
; кг/с.
Действительная объемная производительность компрессора:
; м3/с.
По графику определяем коэффициент подачи λ. При степени повышения давления π = 11,1; λ = 0,42.
Объем, описываемый поршнями (требуемый):
; м3/с.
По требуемому описываемому поршнями объему производится выбор компрессора.
Проектируемый холодильный компрессор относится к ряду компрессоров средней холодопроизводительности (Q0 = 12 ¸ 120 кВт). При проектировании таких компрессоров предпочтение отдают бескрейцкопфным непрямоточным ПК в основном со встроенным электроприводом и частотой вращения 24 с-1.
Исходя из этих рекомендаций, базой проектируемого компрессора был выбран холодильный ПК ПБ – 100 – 2 – 4 (ПБ – поршневой бессальниковый; 100 – номинальная холодопроизводительность компрессора, кВт; 2 – работа на R – 22; 4 – низкотемпературный диапазон работы). Техническая характеристика компрессора ПБ – 100 – 2 – 4 представлена в табл. 2.9.
Кинематическая схема компрессора – восьмирядный с VV-образным расположением цилиндров, двухколенным валом с размещением кривошипов под углом 180º относительно друг друга (рис. 2.2). Угол между рядами цилиндров 45º.
Диаметр цилиндра компрессора:
,
где z – число цилиндров, ki – параметр сил инерции определяется из равенства
,
где n – частота вращения вала компрессора, s – ход поршня.
Таблица 2.9.
Техническая характеристика компрессора ПБ – 100 – 2 – 4
-
Холодопроизводительность, кВт
при температуре кипения – 35 ºС и
температуре конденсации + 30 ºС
28
Потребляемая мощность на этом режиме, кВт
19
Диаметр цилиндра, мм
76
Ход поршня, мм
76
Количество цилиндров
8
Объем, описываемый поршнями, м3/с
0,0664
Электродвигатель:
тип
мощность, кВт
4АВР180В4БФ
30
Напряжение питающей сети, В
380
Частота тока, Гц
50
Смазочное масло
ХС – 40, ХМ – 35
Масса заправляемого масла
8
Габаритные размеры, мм
1100 × 710 × 725
Масса, кг
545
Рис. 2.2. Кинематическая схема компрессора
Тогда параметр сил инерции:
;
м.
Принимается стандартное значение диаметра D = 0,085 м.
Средняя скорость поршня:
; м/с.
Объем описываемый поршнями при принятом D:
м3/с.
Превышение значения Vh при принятом D от требуемого составляет 5 %, следовательно, принятый D соответствует данной холодопроизводительности.
Удельная адиабатная работа компрессора:
; кДж/кг.
Вычисляем полные параметры цикла, учитывая принятый D:
Количество циркулирующего рабочего тела в компрессоре:
; кг/с.
Холодопроизводительность:
кВт.
Адиабатная мощность компрессора:
; кВт.
Индикаторная мощность компрессора:
,
где ηi – индикаторный КПД, определяющийся графически [7, рис. 3].
; кВт.
Эффективная мощность:
,
где Nтр – мощность трения и равен
,
где рi тр – удельное давление трения.
Для R – 404A принимаем рi тр = 40·103 Па, т.к. считаем фреон – 404А аналогом фреона – 22.
кВт; кВт.
Механический КПД компрессора:
; .
Действительный холодильный коэффициент:
;