Министерство образования и науки РФ

ФГБОУ ВПО СПбНИУ ИТМО

Институт холода и биотехнологий

_____________________________________

Кафедра криогенной техники

Курсовая работа

«Расчёт и проектирование поршневых компрессоров на нормализованных базах»

Выполнил: студент 441 гр.

Богданова Д.С.

Проверил: Прилуцкий А.И.

Санкт-Петербург2012 год

Содержание:

1. Определение базы компрессора

2. Определение требуемого числа ступеней

3. Определение номинального усилия базы

4. Определение плотности газа по ступеням

5. Массовый расход газа через компрессор

6. Конструктивный расчёт

   1. Задание относительного мёртвого пространства

   2. Расчёт объёмного коэффициента

   3. Расчёт коэффициента подогрева

   4. Расчёт коэффициента давления

   5. Протечки через уплотнения и через

закрытые клапаны

6. Расчёт коэффициента влажности

7. Определение коэффициента подачи

8. Определение рабочих объёмов

9. Определение активной площади поршня

10. Расчёт поршневых сил

11. Расчётная производительность

12. Расчёт потребляемой мощности

13. Относительные потери давления

14. Относительные суммарные потери

15. Индикаторная мощность

16. Определение изотермического КПД компрессора

17. Выбор клапанов

18. Выбор поршневых колец

1. Расчёт системы смазки

2. Корректировка промежуточного давления

3. Замена рабочего газа

4. Выводы

5. Список литературы

6. Приложение 1. Оптимизация расчёта по программе «КОМДЕТ»

Поршневой компрессор

Рабочий газ: воздух

Производительность: 5 м³/мин

Давление на всасывании: 0,1 МПа

Давление на нагнетании: 1,0 МПа

Температура на всасывании: 298 К

Охлаждение воздушное

Температура окружающей среды: 293 К

Исполнение компрессора: транспортный.

1. Определение базы компрессора.

Производительность компрессора при нормальных условиях 20˚С и Р_Н.У.=0,1033 МПа.

По таблице 2.1 стр. 20 [1] определяем базу:

База У-образная <0,1

Предварительное определение мощности компрессора

η_изт- КПД изотермический

N_из.к - мощность на сжатие и перемещение газа при изотермических условиях

N_к - мощность на валу

Принимаем η_изт=0,5 N_из.к=P_вс*V_вс*

N_из.к=0,1* * 19,1 кВт N_к=38,2 кВт

Определение параметров базы

Рис.2.1 стр. 22 [1]

База 4У z_p=4

2. Определение требуемого числа ступеней

Т_нг≤ 433 К

П_к= 10

Т_нг=Т_вс*П_к^а а= к=1,4 для воздуха

1 ступень

Т_нг¹=298*( )^0,2857=422,73 К

Т_нг²=315*( )^0,2857=428,71 К

Т_нг¹=298*( )^0,2857=426,24 К

Т_нг²=315*( )^0,2857=425,18 К

N_p= = =9,55 кВт

3. Определение номинального усилия базы

lnN_p=ln9,55=2,26

На основании таблицы 1.1 стр.16

У10,0-4 П_б=10 кН

Z_p=4 S_n=75мм

n=25 c^-1

N_p=15…20 кВт

d_шт=20мм

Рис.1 Схема двухступенчатого компрессора. У-образная база.

4. Определяем плотность газа по ступеням

ρ_вс1 = = =1,169

ρ_вс2= = =3,87

№ст	Твс	Рвс	Пi	ρвсi	Pнгi	Тнгi
1	298	0,1	3,5	1,169	0,35	426,24
2	315	0,35	2,86	3,87	1,0	425,18

5. Массовый расход газа через компрессор

m_к= *ρ_вс=5/60*1,169=0,097

m=m_к/n=0,097/25=0,0039

6. Конструктивный расчёт

1. Задаёмся относительным мёртвым пространством [1]

a_i=a₁+(0,03)*(i-1)

a₁=0,08

a₂=0,11

2. Расчёт объёмного коэффициента п.2.5.2 стр. 35 [1]

λ_oi=1-a_i*(П_i^1/npi-1)

n_p=(0,96…0,98)n_сж

n_сж=(0,97…0,98)к

к=1,4

n_сж=1,365 n_p=1,331

λ_o1=1-0,08*(3,5^0,751-1)=0,875

λ_o2=1-0,11*(2,86^0,751-1)=0,868

3. Расчёт коэффициента подогрева

λ_Тi=(1-δ_Т)-с*(П_i-1)

с=0,02 - воздушное охлаждение δ_Т=0,015

λ_Т1=(1-0,015)-0,02*(3,5-1)=0,935

λ_Т2=(1-0,015)-0,02*(2,86-1)=0,948

4. Расчёт коэффициента давления

λ_д1=0,975

λ_д2=0,995

5. Протечки через уплотнения и через закрытые клапаны

ν_пр=ν_кл+ν_пер

ν_кл=0,01

ν_пер=0,01

ν_пр=0,02

6. Расчёт коэффициента влажности

ν_вл1=0,01 ν_вл2=0

7. Определение коэффициента подачи

λ_i=[λ_дi*λ_Тi*(λ_oi-ν_перi)]-ν_прi-ν_влi-

λ₁=0,714 λ₂=0,744

8. Определение рабочих объёмов

V_hi=m_к/(λ_iρ_всiz_цin)

V_h1=0,0023 мᶟ V_h2=0,0006 мᶟ

9. Определение активной площади поршня

F_i^*= V_hi/S_п

F₁^*=0,0307 м²

F₂^*=0,008 м²

F_h^*=2 D_i²- d_шт

D_i=

D₁=0,1405м D₂=0,0727м

Выбираем из стандартного размерного ряда (таблица 2.4 стр.43 [1]) D₁=150мм D₂=75мм

Пересчитываем объёмы V_h1=0,0026 мᶟ V_h2=0,00064 мᶟ

10. Расчёт поршневых сил

ВМТ:

-P_нг¹·F₁+P_вс¹(F₁- )+P_атм =-450,39кг<704кг

-P_нг²·F₂+P_вс²(F₂- )+P_атм =-300,76кг<704кг

НМТ:

-P_вс¹·F₁+P_нг¹(F₁- )+P_атм =442,39кг<704кг

-P_вс²·F₂+P_нг²(F₂- )+P_атм =263,93<704кг

11. Расчётная производительность

Ṽ_к^*=λ_iV_h1nZ_цṼ_к^*=5,26

Ṽ_к^*/Ṽ_к=1,05

12. Расчёт потребляемой мощности

N_ном= P_всiV_hi^*(λ_оадi-ν_пер)(П_i^k/(k-1)-1)Z_цin

λ_оадi=1-a_i(П_i^1/k-1)

λ_оад1=0,884

λ_оад2=0,877

N_ном1=17кВт

N_ном2=11,8кВт

13. Относительные потери давления

δ_всi=0,3*(2,66/P_нгi^0,25)

δ_нгi=0,7*(2,66/P_нгi^0,25)

δ_вс1=0,0328

δ_нг1=0,0765 δ_вс1+ δ_нг1=0,109<0,12

δ _вс2=0,0252

δ_нг2=0,0589 δ_вс2+ δ_нг2=0,084<0,1

14. Относительные суммарные потери

ΔN_i= (S_всi+S_нгiП_i^(k-1)/k)/( П_i^(k-1)/k-1)

ΔN₁=0,0944

ΔN₂=0,0854

15. Индикаторная мощность

N_индi=N_ном(1+ΔN_i)

N_инд1=18,6 кВт

N_инд2=12,8 кВт

N_инд=N_инд1+N_инд2=31,4 кВт

N_к=N_инд/η_мех

η_мех=0,8

N_к=39,25 кВт

N_дв=k_pN_k/(η_перη_дв) k_p=1,1

N_дв=47,83 кВт < 125 кВт асинхронный

16. Определение изотермического КПД компрессора

η_из=N_из/N_к

N_из=P_вṼ_всln N_из=19,1 кВт

η_из=0,486рассчитанный КПД отличается от выбранного в начале (η_из=0,5) на 2,8%

17. Выбор клапанов

ΔN_кл=0,6ΔN_инд ΔN_кл1=0,0566 ΔN_кл2=0,0512

М_вс1=0,172М_вс2=0,152по графику 2.11стр.47 [1]

С_п=2S_пn=3,75

F_П.А= D² F_П.А1=0,0176м² F_П.А2=0,0044 м²

Ф_эквiZ_клi= С_пF_П.А/( М_всi )

Ф_экв1=11 см²

Ф_экв2=3 см²

Для первой ступени выбираем комбинированный клапан ЛУ125-0,4

Для второй ступени выбираем комбинированный клапан ЛУ70-1,0

18. Выбор поршневых колец

По графику 2.14. стр. 55 [1]

число колец: для первой ступени 2

для второй ступени 3

7. Расчёт системы смазки

N_тр=K_ωN_k(1-η_мех)

K_ω=0,2

N_тр=1,57 кВт

N_м=αm_мС_мΔt

С_м=1,9 Δt=10˚С

Исходя из уравнения N_тр=N_м

получаем: m_м=0,0918

V_м=К_рm_м/ρ_м V_м=66,7

Мощность масляного насоса

N_м=P_м^*V_м/η_м

P_м^*=0,6 МПа η_м=0,5

N_м=80,04Вт

Рис.2 Схема циркуляционной смазки компрессора.

1-холодильник; 2- масляный насос; 3-электродвигатель; 4-маслосборник;

5-центробежный сепаратор; 6-фильтр грубой очистки.