Расчет поршневого компрессора
.docxРасчет поршневого компрессора
1. Определение базы компрессора
Определение производительности компрессора при t = 20⁰C и Р = 760 мм рт. ст. (н.у.)
Давление при н.у.:
Pн.у.= = = 1,033 атм = 0,1033 МПа
Плотность воздуха при н. у.:
Pн.у.= = = 1,228 кг/м3
Плотность воздуха на всасывании:
Pвс.= = = 1,189 кг/м3
Объем всасываемого воздуха:
Vвс = = = 0,097 нм3/с
Производительность компрессора по условиям всасывания при нормальных условиях составляет Vвс = 0,097 нм3/с, что согласно таблице 2.1 соответствует Ш-образной базе.
2. Предварительное определение мощности компрессора
Изотермический КПД компрессора подбирается из условия:
0,55≤ηиз≤0,65
Принятый изотермический КПД составляет ηиз=0,6
ηиз = , где
- изотермическая мощность компрессора:
Nиз = Nиз = = 23979 Вт
- мощность на валу проектируемого компрессора:
Nк= = = 39964 Вт
3. Определение параметров базы
Определение количества ступеней в ряду базы
Мощность на валу проектируемого компрессора Nк = 39964 Вт, что соответствует базе 3Ш с числом рядов zр = 3.
4. Определение требуемого числа ступеней
Тнг.max = 453К – максимальная температура нагнетания для транспортных машин с воздушным охлаждением
Твс.1 = 293К – температура всасывания газа в первую ступень
Твс.2 = 313К – температура всасывания газа во вторую ступень (на 20 К больше, чем температура всасывания в первую ступень)
Tнг.1 = Тнг.2 – температуры нагнетания на первой и второй ступенях должны быть одинаковыми, из чего следует, что:
Тнг.1= , Тнг.2= ,
рнг1 принимается равным 0,372 МПа. Тогда:
Тнг1= = 426,46 К Тнг2= = 426,65 К
Расхождение Тнг1 и Тнг2 составляет 0,04% , поэтому давление нагнетания на первой ступени окончательно принимается равным
рнг1 = 0,372 МПа
П1 = = = 3,72 П2 = = = 2,957
5. Выбор компрессора
Рис. 1. Двухступенчатый трёхрядный компрессор, Ш-образная база.
6. Определение номинального усилия базы
1) Nр – максимальная мощность ряда
Nр = = = 13321 Вт = 13,321 кВт
= = 2,589 кВт
= 2,25 => Пб = 3,426 кН.
2) Из уравнения 1.1:
Пб= = = 9,198 кН
Параметры базы с. 18 табл. 1.2 [1]:
Пб = 10 кН; zp = 3; Sп = 75 мм;
n = 25 = 1500 об/мин;
Np = 15-20 кВт; dшт = 20 мм;
7. Определение плотности газа по ступеням
ρвсi = ,
ρвс1 = = 1,189 кг/м3
ρвс2 = = 4,14 кг/м3
8. Определение массовой производительности компрессора за цикл
m’ = ρвс1Vвс = const – по всем ступеням, если не учитывать утечки газа;
Vвс = 0,1 м3/с
m’ = 1,189·0,1 = 0,1189 кг/с = 428,04 кг/ч
mk = = = 0,00475 кг/об, где
mk – массовый расход за один оборот коленчатого вала,
n – частота вращения вала компрессора (задается равной частоте вращения вала принятой базы)
9. Конструктивный расчет компрессора
9.1. Определение предварительных значений относительных мертвых пространств по ступеням
αi=α1 + (0,02 0,04)(i-1),
α1 – относительное мертвое пространство 1 ступени сжатия;
α2 – относительное мертвое пространство 2 ступени сжатия;
Допустимое значение α1 находится в диапазоне 0,06 0,15 , в данном расчете принимается α1= 0,07;
α2 = 0,07+0,03 = 0,1
9.2. Расчет объемного коэффициента
λ0i = 1- αi( - 1),
np – показатель условной политропы конечных параметров при расширении газа из мертвого пространства ступени
np = 0,975nсж, nсж=0,975 к
к = 1,4
nсж = 0,975 1,4 = 1,365;
np = 0,975 1,365 = 1,331;
λ01 = 1- 0,07( -1) = 0,882;
λ02 = 1- 0,1( -1) = 0,874;
9.3. Расчет коэффициента подогрева
λТi =(1 - δT)-C(Пi-1)
Относительные тепловые потери принимаются равными δT = 0,01; коэффициент, учитывающий способ охлаждения С = 0,02 , т.к. способ охлаждения - воздушный
λТ1 = (1-0,01)-0,02(3,72-1) = 0,9356,
λТ2 = (1-0,01)-0,02(2,957-1) = 0,9508;
9.4. Выбор коэффициента давления
Принимается равным для первой ступени λр1 = 0,98 и λр2 = 0,99 для второй ступени.
9.5. Оценка статической негерметичности элементов ступени
νпр=νкл+νП – коэффициент протечек, складывающийся из суммарных относительных протечек через закрытые клапаны ступеней (для данного расчета принимаются равными νкл = 0,02), и относительных протечек через уплотнения поршня (νП = 0,01)
Тогда: νпр = 0,02+0,01 = 0,03
9.6. Оценка динамической негерметичности ступеней
Суммарный коэффициент перетечек лежит в диапазоне 0,01 0,025. Для данного расчета принимается равным νпер = 0,015.
9.7. Задание коэффициента влажности
с. 40 п. 2.5.8 [1]
νвл1 = 0,01 – на 1-й ступени
νвл2 = 0 – на последующих ступенях
9.8. Определение коэффициента подачи ступеней
λi = [ λр λT (λo- νпер)]i-νпрi-νвлi- Принимаем =0,
λ1 = [ 0,98· 0,9356(0,882-0,015)]-0,03-0,01 = 0,755
λ2 = [ 0,99· 0,9508(0,874-0,015)]-0,03 = 0,779
9.9. Определение рабочих объемов цилиндров
Vhi = ;
Vh1 = = 0,002649 м3,
Vh2 = = 0,001475 м3
9.10. Определение активной площади поршней
Fni = , Fn1 = = 0,0353 м2, Fn2 = = 0,0197 м2.
9.11. Расчет диаметров ступеней с учетом конструкционных особенностей
= = = 0,151 м,
= = = 0,113 м
Диаметры цилиндров уточняются согласно основным размерам стандартных поршневых колец (с. 43 табл. 2.4)
Тогда:
= 0,155 м = 0,115 м
Уточнение активных площадей поршней F:
м2
м2
Уточнение рабочих объемов цилиндров Vh:
Vhiу =
Vh1у = = 0,075 = 0,00281 м3;
Vh2у = = 0,075 = 0,00153 м3
9.12. Расчет поршневых сил
с. 44 п. 2.5.14 [1]
Pгаз = KnПб = 1,25 0000 = 12,5 кН
1-я ступень, 1-й ряд:
ВМТ: -pнг1 ( +pвс pатм =
= -0,372 ( +0,1 0,1 =
= -5129 кН 12,5 кН
НМТ: -pвс ( +pнг1 pатм =
= -0,1 ( +0,372 0,1 =
= 5044 кН 12,5 кН
Значения верхней и нижней мертвых точек 3-его ряда будут одинаковы значениям ВМТ и НМТ 1-го ряда.
1-я ступень, 3-й ряд:
ВМТ: -5129 кН 12,5 кН НМТ: 5044 кН 12,5 кН
2-я ступень, 2-й ряд
ВМТ: -pнг ( +pнг1 pатм =
1,1 ( +1,1 0,1 =
= -7643 кН 12,5 кН
НМТ: -pнг1 ( +pнг pатм =
= 0,372 ( +1,1 0,1 =
= 7243 кН 12,5 кН
9.13. Расчет производительности компрессора
Vk’ = λ1· Vh1у·n·z,
Vk’= 0,755·0,00281·1500·2 = 6,355 м3/мин
= 6,355/6 = 1,059
9.14. Расчет потребляемой мощности
Nномi = рвсiVhiу(λo,адi-νперi)( -1) zцi
λo,адi – объемный адиабатный коэффициент для i-й ступени сжатия, определяемый для процесса расширения с эквивалентным показателем политропы;
λo,адi = 1-αi( -1)
λo,ад1 = 1-0,07( -1) = 0,891
λo,ад2 = 1-0,1( -1) = 0,883
Nном1 = 3,5·0,1·106·0,00281(0,891-0,015)(3,720,286-1)·2· = 19591 Вт
Nном2 = 3,5·0,372·106·0,00153(0,883-0,015)(2,9570,286-1) )·1· =15735 Вт
9.15. Относительные потери давления
При всасывании: δвсi = 0,3( )
δвс1 = 0,3( ) = 0,03231 δвс2 = 0,3( ) = 0,02464
При нагнетании: δнгi = 0,7( )
δнг1 = 0,7( ) = 0,0754 δнг2 = 0,7( ) = 0,0575
9.16. Относительные суммарные потери мощности
ΔNi= ,
ΔN1 = 0,286 = 0,089
ΔN2 = 0,286 = 0,081
9.17. Расчет индикаторной мощности
Nиндi = Nномi(1+ ΔNi),
Nинд1 = 19591(1+0,089) = 21337 Вт Nинд2 = 15735(1+0,081) = 17010 Вт
Nиндк = Nинд1+Nинд2 Nиндк = 21337+17010 = 38347 Вт
9.18. Расчет мощности компрессора
Nк =
Для данного расчета механический КПД компрессора принимается равным = 0,93
Nк = = 41234 Вт
15. Расчет мощности двигателя
Nдв = кр ;
Величины кр, принимаются КПД передачи = 0,99; коэффициент резерва мощности кр = 1,05;
КПД двигателя = 0,95;
Nдв =1,05 = 45574 Вт
9.19. Расчет изотермического КПД компрессора
ηиз = ,
Nиз = , Nиз = 0,1·106· · = 23979 Вт,
ηиз = = 0,582