3 Расчет системы газораспределения

После выбора основных размеров компрессора и перед началом эскизной проработки общих видов и разрезов проводим расчет системы газораспре­деления компрессора: принимаем конструкцию и рассчитываем проходные сечения (диаметры) всасывающего и нагнетательного клапанов, всасывающего и нагнетательного патрубков, всасывающих окон в гильзе (цилиндровой втулке) прямоточного компрессора.

Расчет всех элементов системы газораспределения проводим с целью обеспечения допустимых значений потерь давления в них.

Диаметр всасывающего патрубка компрессора можно определить из выражения:

м,

где - принятая скорость во всасывающем патрубке, м/с.

Принимаем диаметр всасывающего патрубка компрессора 89х3,5 D_у80

Диаметр нагнетательного патрубка будет равняться:

м,

Принимаем диаметр нагнетательного патрубка компрессора 45х2,5 D_у40

Расчет всех сечений системы газораспределения ведется из условия неразрывности (сплошности) струи пара рабочего тела:

С_сеч ∙ f_сеч = С_m ∙ F_п,

где С_сеч - средняя условная скорость пара в рассматриваемом сечении, м/с;

f_сеч - площадь рассматриваемого сечения, м²;

C_m - средняя скорость поршня, (C_m = 2 ∙ S ∙ n = 2 ∙ 0,086 ∙ 16,2 = =3), м/с;

F_n - площадь поршня ( ), м².

Следовательно, проходные сечения элементов системы газораспределе­ния определяем по формуле:

Площадь проходного сечения щели всасывающего клапана, м²

м².

Площадь проходного сечения в отверстиях седла всасывающего клапана, м²

м².

Площадь проходного сечения седла нагнетательного клапана, м²

м².

Площадь проходного сечения щели нагнетательного клапана, м²

м².

Диаметр пластины (м) всасывающего клапана для компрессора П220 должен равняться

м

где - площадь проходного сечения щели всасывающего клапана, м²;

h - принятая высота подъема пластины клапана, м.

Принимаем: d_вн = 0,120 м.

Диаметр отверстий седла всасывающего клапана составит

м,

где - площадь проходного сечения в отверстиях седла всасывающего клапана, м²;

n - количество отверстий в гильзе (определяется графически).

Принимаем: D = 0,008м.

Ширина кольцевого клапана в седле нагнетательного клапана должна равняться, м

,

где - площадь проходного сечения седла нагнетательного клапана, м²;

r_ср - средний радиус кольцевого канала, м.

Принимаем: m = 0,011м. с учетом буртиков

Средний диаметр кольцевой пластины нагнетательного клапана будет со­ответствовать:

м,

где - площадь проходного сечения щели нагнетательного клапана, м²;

h - высота подъема пластины нагнетательного клапана, м.

Принимаем:

После конструктивной проработки рассчитываемых сечений определяем газодинамические потери (сопротивления) в них по формуле

ΔР_вент = 0,5ξ ρ,

где ΔР_вент - газодинамические потери в вентиле, Па;

ξ = 3,5 - коэффициент местного сопротивления рассматриваемого сечения;

ρ - плотность пара рабочего тела, кг/м³.

Всасывающий клапан:

Седло: ΔР_вент = 0,5ξ ρ = 0,5 ∙ 3,5 ∙ 35,34² ∙ = 25702 Па.

Нагнетательный клапан:

Седло: ΔР_вент = 0,5ξ ρ = 0,5 ∙ 3,5 ∙ 35,34² ∙ = 91074 Па.

При расчете проходных сечений клапанов кроме того должно обеспечи­ваться условие:

где С_кл - условная скорость пара в сечении клапана, м/с;

С_зв - скорость звука в рабочем теле при прохождении сечений клапана, м/с.

где к - показатель адиабаты рабочего тела;

R - газовая постоянная рабочего тела, Дж/(кг∙К);

Т - температура пара в проходном сечении клапана.

Условная скорость пара в сечении клапана определяется по формуле:

,

,

где F_кл, - эквивалентная площадь клапана, м².

F_кл =

где , - коэффициенты расхода щели и седла клапана, м;

f_щ, f_c - площади проходных сечений щели и седла клапана, м².

F_{вс кл} = ,

F_{наг кл} = .

Коэффициент расхода щели клапана определяется по формуле:

,

где ξ_щ = 1,5 – коэффициент местного сопротивления клапана.

Потери давления в клапане составят:

,

.

Потери давления на всасывающей стороне или на стороне нагнетания бу­дут равны:

,

.

Общие газодинамические потери на всасывающей стороне компрессора не должны превышать 0,05∙P₀ = 12500, а нагнетательной - 0,1∙Р_к = 120000.

Для уменьшения газодинамических потерь необходимо увеличить про­ходные сечения, снизив скорость движения пара в них.