Расчётно-графическая работа - Расчёт двухступенчатого поршневого компрессора - файл n1.docx

приобрести
Расчётно-графическая работа - Расчёт двухступенчатого поршневого компрессора
скачать (62.3 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.docx63kb.08.07.2012 18:29скачать

n1.docx

Содержание


  1. Задание на расчетно-графическую работу . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

  2. Определение параметров воздуха и массовой производительности компрессора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

  3. Определение основных размеров цилиндров компрессора . . . . . . . . . 8

  4. Построение процесса сжатия газа в первой ступени в p,v – диаграмме . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

  5. Расчет мощности компрессора . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . 12

  6. Определение поверхности охлаждения промежуточного охладителя воздуха . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . 14

Список использованных источников . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15



  1. Задание на расчетно-графическую работу



Исходные данные для расчета поршневого компрессора приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Исходные данные для расчета

Номер варианта

Конечное давление p3, бар

Производительность

V1, м3

Показатель политропы n

Частота вращения nк, об/мин

19

9,0

500

1,24

780


В двухступенчатом компрессоре простого действия, схема которого приведена на рисунке 1, воздух сжимается от давления р1 = 1 бар при t1 = 27 до конечного давления р3.



Рисунок 1 – Схема двухступенчатого поршневого компрессора

простого действия.
Стенки цилиндров первой и второй ступеней охлаждаются водой с одной интенсивностью, поэтому процессы сжатия в обеих ступенях происходят по политропе с одинаковыми показателями n (см. таблицу 1). После первой ступени в промежуточном охладителе воздух охлаждается при постоянном давлении р2 до начальной температуры Т1.

Производительность компрессора при параметрах на всасывании (р1, t1) равна V1. Частота вращения коленчатого вала nк также приведена в таблице 1. Для рабочего тела (воздуха) показатель политропы следует принимать в пределах n = 1,24…1,26.

В работе следует определить:

  1. давление воздуха после первой ступени р2, бар;

  2. температуру в конце сжатия в каждой ступени T2 и T3, (по условиям задания T2 = T3);

  3. объемный расход сжатого воздуха после первой ступени V2 и после второй ступени V3, м3/ч;

  4. массовую производительность сжатого воздуха G, кг/ч;

  5. изменение внутренней энергии u, кДж/кг, и энтальпии i, кДж/кг, в каждой ступени;

  6. количество удельной теплоты, отводимой охлаждающей водой от воздуха, при сжатии в каждой ступени q, кДж/кг, а также в промежуточном охладителе q, кДж/кг;

  7. расход охлаждающей воды в «рубашках» цилиндров Gw, кг/ч, и промежуточный охладитель G*, кг/ч, пологая, что воду в них нагревается от на входе до на выходе;

  8. затрачиваемую удельную работу политропного сжатия , кДж/кг;

  9. затрачиваемую удельную работу изотермического сжатия , кДж/кг;

  10. изотермическую (Nиз) и эффективную (Nе) мощность компрессора, если его изотермический КПД а механический КПД

  11. поверхность охлаждения промежуточного охладителя воздуха при противотоке, принимая коэффициент теплопередачи от воздуха к воде К=20 Вт/(м2·К).

Построить в p, v – координатах по точкам графики процесса сжатия по политропе и изотерме для первой ступени с графическим изображением затрачиваемой технической работы.

2 Определение параметров воздуха и массовой производительности компрессора
2.1 Давления за первой ступенью компрессора p2, бар, определяется из соотношения
отсюда ,
Давление перед цилиндром второй ступени принимаем равным , потерями давления в промежуточном охладителе пренебрегаем.
2.2 Температура в конце сжатия вычисляется исходя из закономерностей политропного процесса

Исходя из соотношения и равенства показателей политропны n для процессов сжатия в обеих ступенях по заданию получаем, что температура воздуха на выходе из обеих ступеней одинакова; т.е.
2.3 Объемный расход сжатого воздуха после первой ступени при давлении определяется по формуле

Объемный расход сжатого воздуха , после второй ступени при давлении ,


2.4 Массовая производительность компрессора G, кг/ч, рассчитывается с помощью уравнения Клапейрона
где параметрах на всасывании, м3/ч; R = 287,1 Дж/(кг К) – удельная газовая постоянная воздуха [6]; T1 – температура воздуха на входе, К.

2.5 Изменение внутренней энергии в процессе сжатия в первой ступени, кДж/кг, определяется по формуле
где - изохорная теплоемкость,
Изменение энтальпии в том же процессе
где удельная изобарная теплоемкость воздуха, кДж/(кгК) [6].
Поскольку то подсчитанные по формулам величины и одинаковы для обеих ступеней.
2.6 Теплота политропного процесса сжатия в первой ступени кДж/кг
где , кДж/(кгК) – теплоемкость политропного процесса при заданном показателе политропы n;

k – показатель адиабаты (для воздуха k = 1,4);

– удельная изохорная теплоемкость, кДж/кг (для воздуха =0,726) [6].
По указанной причине (п. 2.5) удельная теплота одинакова как для первой, так и для второй ступеней, т.е.

Теплота отводимая от каналов охлаждения («рубашек») цилиндров с охлаждающей водой.

Расход охлаждающей воды на цилиндр первой ступени кг/с, подсчитывается по уравнению теплового баланса
где - разность температур охлаждающей воды на входе и выходе; = 4,19 кДж/(кгК) – теплоемкость воды [6].

Из уравнения теплового баланса следует

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

2.7 Отводимая от воздуха удельная теплота в промежуточном охладителе кДж/кг, при
где удельная изобарная теплоемкость воздуха, кДж/(кгК) [6].
2.8 Расход охлаждающей воды через промежуточный охладитель кг/ч, подсчитывается по уравнению теплового баланса
где - разность температур охлаждающей воды на входе и выходе; = 4,19 кДж/(кгК) – теплоемкость воды.

Из уравнения теплового баланса следует

3 Определение основных размеров цилиндров компрессора
Рабочий объем цилиндра первой ступени , определяется по формуле
где - частота вращения вала компрессора, с-1.
Принимают отношение хода поршня к диаметру откуда
Тогда
Диаметр цилиндра первой ступени D1, м, составит

Рабочий объем цилиндра второй ступени Vp2, м3

Диаметр цилиндра второй ступени D2, м

Ход поршня Si, м, в цилиндрах первой и второй ступеней
4 Построение процесса сжатия газа в первой ступени в P,V – диаграмме

4.1 Построение процесса политропного процесса сжатия осуществляется следующим образом. Определяются удельные объемы в начальном (при p1, T1) и конечном , , (при p2, T2) состояниях по выражениям

По параметрам p1 и в выбранных масштабах наносится на график точка 1, по p2 и - точка 2. Для построения промежуточных точек a, b и с находят параметры воздуха(р – давление воздуха в точках а, b, c ,бар и v – удельный объём воздуха в точках а, b, c , )по соотношениям

Имея пять точек (две заданные и три найденные), можно провести искомую политропу.

Процесс политропного сжатия (линия 1-a-b-c-2) в ступени компрессора в p,v-диаграмме показан на рисунке 2.
4.2 Построение кривой сжатия в изотермическом процессе 1-2 (рисунок 2) производится из той же начальной точки 1. Удельные объемы для конечного состояния (точка 2), , и промежуточных точек a’, b’ и c’ ,, , , , изотермы можно рассчитать исходя из уравнения соотношения параметров в изотермическом процессе
Общий вид процесса сжатия в первой ступени компрессора в p,v – диаграмме представлен на рисунке 2.

Построенный процесс p,v – диаграмме наглядно показывает, что затрачиваемая работа при изотермическом сжатии, выделенная на диаграмме штриховкой, будет меньше, чем политропном.

Рисунок 2 – Изображение процесса сжатия в первой ступени компрессора в p,v – диаграмме

5 Расчет мощности компрессора

5.1 Удельная работа политропного сжатия , в первой ступени компрессора рассчитывается по формуле

В соответствии с первым законом термодинамики
из полученного количества затрачиваемой работы из цилиндра с охлаждающей водой отводится удельная теплота , кДж/кг, и с воздухом после первой ступени энтальпия , кДж/кг.
Баланс выполняется.

Баланс энергии процесса сжатия во второй ступени аналогичен.
5.2 Удельная работа изотермического сжатия , кДж/кг, для первой ступени компрессора, т.е. от давления p1 до конечного p2, равна

Поскольку , то удельная работа изотермического сжатия для второй ступени будет такой же.
5.3 Удельная работа изотермического сжатия , кДж/кг, для всего компрессора, т.е. от давления p1 до конечного p3, равна

Работа принята в качестве теоретической для охлаждаемого компрессора, поэтому теоретическая мощность

Эффективная мощность компрессора
где изотермический КПД, который колеблется в пределах =0,6…0,8 [6];

принимаем

механический КПД компрессора[6], принимаем
Мощность приводного электродвигателя принимается с учетом коэффициента запаса
где =1,1…1,3 – коэффициент запаса мощности[6], принимаем =1,2


5.4 Удельная работа изотермического сжатия , кДж/кг, для первой ступени компрессора, т.е. от давления p1 до конечного p2, равна

Поскольку то удельная работа изотермического сжатия для второй ступени будет такой же.
Вывод: из диаграммы, изображенной на рисунке 2, следует, что наименьшую мощность занимает работа, затраченная на изотермическое сжатие, так как при политропном процессе показатель политропы n=1,24, а при изотермическом – n=1. Поэтому этот процесс считается наиболее экономичным. Технически приближение к изотермическому сжатию достигается охлаждением компрессора.
6. Определение поверхности охлаждения промежуточного охладителя воздуха.

Поверхность охлаждения F, м2, определяется из уравнения теплопередачи
где Q – тепловой поток, передаваемый в охладителе от воздуха к охлаждающей воде, Вт; К – коэффициент теплопередачи, принимаемый в данном случае равным 20 Вт/(м2К); - средний температурный напор между теплоносителями в охладителе воздуха, (К).

Величина , (К), подсчитывается по формуле
где и - соответственно большая и меньшая разность температур между воздухом и водой на входе и на выходе из охладителя при противотоке теплоносителей.


В свою очередь, тепловой поток Q, Вт, вычисляется по формуле
где - массовая производительность компрессора, кг/с;

удельная теплота, отводимая от воздуха в промежуточном охладителе, кДж/кг.
Тогда

Список использованных источников

1 Теплотехника : учеб. для вузов / В. Н. Луканин, М. Г. Шартов, Г. М. Камфер [и др.] ; под ред. В. Н. Луканина. – 5-е изд., стер. – М. : Высш. шк., 2005. – 671 с.

2 Черкасский, В. М. Насосы, вентиляторы, компрессоры / В. М. Черкасский. – М. : Энергоатомиздат, 1989. – 328 с.

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

4 Кузовлев, В. А. Техническая термодинамика и основы теплопередачи : учеб. для техникумов / В. А. кузовлев. - М. : Высш. шк., 1975. – 303 с.

5 РД ГОУВПО «КнАГТУ» 013-2009 «Текстовые студенческие работы. Правила оформления». – Введ. 01.03.2009. – Комсомольск-на-Амуре : ГОУВПО «КнАГТУ», 2009. – 50 с.

6 Шаломов, В. И. Расчет поршневого компрессора: методические указания к расчетно – графической работе по курсам «Теплотехника» и «Техническая термодинамика и теплотехника» / сост.: В.И. Шаломов, И.Г. Суходоев. – Комсомольск-на-Амуре: ГОУВПО «КнАГТУ», 2010. – 12 с.




Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации