проектирование поршневого км

Методические указания подготовлены под общей редакцией

к.т.н., доц. Морозюк Л.И.

Авторы:

к.т.н., доц. Морозюк Лариса Ивановна д.т.н., проф. Морозюк Татьяна Владиленовна к.т.н., доц. Яковлев Юрий Александрович асс. Соколовская Виктория Викторовна

Компьютерная версия – Морозюк Т.В., Гайдук С.В.

Методические указания перерассмотрены на заседании кафедры холодильных машин Факультета та низкотемпературной техники ИХКЭ « » сентября 2012 г., протокол № .

Копирование настоящего материала на любые носители информации запрещено

СОДЕРЖАНИЕ

РЕКОМЕНДАЦИИ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ

Первым этапом выполнения курсового проекта является формирование технического задания, в которое входит:

назначение и географическое расположение холодильной машины (теплового насоса) с проектируемым компрессором с целью определения:

производительности (холодопроизводительности для холодильной машины, теплопроизводительности – для теплового насоса);

температуры производимого холода и как функции от нее температуры кипения рабочего вещества;

температуры охлаждающей среды и как функции от нее температуры конденсации рабочего вещества;

выбор рабочего вещества;

выбор степени герметизации компрессора и типа привода.

Введение в курсовой проект должно содержать: задание на проектирование, описание области применения компрессора (если есть, то особые требования, предъявляемые к его конструкции), классификацию компрессора в соответствии с общей классификацией поршневых компрессоров, описание основных узлов компрессора. Особо следует отметить отличие конструкции разрабатываемого компрессора от выбранного прототипа, его преимущества с точки зрения предложенных в курсовом проекте новых конструкций узлов и деталей (применения новых конструкционных материалов), технологичности, массогабаритных характеристик, надежности и т.д.

Разделы расчетно-пояснительной записки рекомендуется выполнять строго в соответствии с последовательностью изложения материала в методических указаниях, что даст возможность не испытывать недостатка в исходных данных, полученных в результате проведения предыдущих расчетов. Расчеты по отдельным пунктам (что будет оговорено) могут быть пропущены, а данные, которые необходимо было бы рассчитать, взяты непосредственно из конструкций серийно выпускаемых компрессоров.

При выполнении проекта после определения основных размеров и параметров компрессора следует выбрать прототип проектируемого компрессора. После тщательного ознакомления по чертежам и описанию с конструкцией прототипа, студент должен оценить данную конструкцию, стремясь использовать в выполняемом проекте новейшие достижения в области компрессоростроения. Выбранный прототип не должен служить основанием для копирования конструкции при проектировании, так как отличие в главных размерах прототипа и проектируемого компрессора потребуют изменения основных компоновочных размеров проектируемого компрессора. Необходимо подчеркнуть, что выбор основных размеров, отдельных деталей и узлов должны обеспечивать рациональность конструкции, ее технологичность и разумные запасы прочности.

При оформлении расчетно-пояснительной записки обязательным является иллюстративное дополнение расчетов. Необходимыми являются изображение схемы холодильной машины и ее цикла в диаграммах состояний, эскизная проработка (на миллиметровой бумаге) шатуннопоршневой группы и фрагмента коленчатого вала, эскизы рассчитываемых на прочность деталей (их фрагментов) с указанием всех размеров, используемых для проведения прочностных расчетов.

1. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Данные для проведения теплового расчета:

холодопроизводительность Qо (кВт). Определяется из технологического режима потребителя холода (калорического расчета). Может быть задана изначально или выражаться через

другие известные величины. Для теплового насоса может быть известна величина QО или QК

(теплопроизводительность);

температура кипения tО рабочего вещества есть функция температурного режима потребителя холода (tкам). Может быть задана изначально или определяться как tО= tкам – tисп при условии, что известным является тип испарителя и/или охлаждающее оборудование в камере,

т.е. величина tисп. Обычно tисп = 5…10 ;

температура конденсации tК рабочего вещества есть функция источника охлаждающей среды (tср). Может быть задана изначально или определяться как tК= tср – tкд при условии, что известным является тип конденсатора, т.е. величина tкд. Обычно принимают tкд = 5…10 .

По выбранным температурам tО и tК необходимо выбрать рабочее вещество (если оно не задано изначально). Проблема выбора рабочего вещества на сегодня является весьма сложной и многогранной, так как кроме традиционных требований соблюдения условий применения серийного оборудования, предусматривает анализ термоэкономических показателей, учитывающих стоимость эксплуатации компрессора в сочетании со стоимостью первоначальной заправки рабочим веществом, анализ экологической чистоты рабочего вещества, возможность его длительного использования (в соответствии с Монреальским протоколом и последующими дополнениями) и пр.

Рассмотрим упрощенный способ выбора рабочего вещества исключительно из условий применения серийного оборудования. Графической интерпретацией ограничений является диаграмма Бенке, широко используемая в рекламной продукции фирмами-изготовителями компрессоров (рис.1). Работоспособная зона одноступенчатого компрессора для конкретного рабочего вещества

ограничена следующими условиями: pOmin =0,1 МПа; pKmax = 2,2 МПа; (pK/pO)max =8 – режим

одноступенчатого сжатия; (pK–pO)max =16 – условия прочности серийно выпускаемого

оборудования.

Рис.1. Зона нормальной работы одноступенчатого поршневого компрессора

Выбор прямого или непрямого тока осуществляется в соответствии с рекомендациями, которые можно кратко изложить следующим образом:

в малых компрессорах (D50мм) применяют исключительно непрямой ток;

в прямоточных компрессорах наблюдаются меньшие гидравлические потери в клапанах;

в прямоточных компрессорах применяется простая конструкция всасывающего клапана;

в прямоточных компрессорах облегчено устройство ложной крышки (для защиты от гидравлического удара);

в непрямоточных компрессорах доступность всасывающего клапана и возможность его принудительного открытия с целью регулирования производительностью компрессора;

в непрямоточных компрессорах поршень обладает малой высотой и, соответственно, массой. Поршни и вся шатунно-поршневая группа для непрямоточных компрессоров может ис-

пользоваться от двигателей внутреннего сгорания. Непрямоточные компрессоры обладают меньшими массо-габаритными характеристиками;

в непрямоточных компрессорах относительно малые массы противовесов, малый износ пары поршень-цилиндр, улучшенная смазка пары поршень-цилиндр;

по экономичности оба типа компрессора примерно равноценны.

Выбор кинематической схемы и количества цилиндров определяется требованиями

надежности и долговечности.

Многоцилиндровые угловые компрессоры имеют улучшенные диаграмму тангенциальных усилий и равномерность потока пара в трубопроводах, в них облегчено уравновешивание сил инерции, повышается частота вращения вала, уменьшаются габариты, упрощается технология производства и сборки.

Способ герметизации компрессора и тип его привода связаны между собой. Выбор того и другого зависит от технологических возможностей создания компрессора.

2. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ

Тепловой расчет любого типа холодильной машины (теплового насоса) является основным, на базе которого проводятся дальнейшие расчеты. При проектировании компрессора тепловой расчет необходим для определения:

объемной производительности компрес-сора;

потребляемой мощности;

коэффициента преобразования цикла холодильной машины, в состав которой входит проектируемый компрессор.

Исходя из технического задания на проектирование, считаем окончательно определенными: производительность компрессора (QO или QК), рабочее вещество, температуру кипения

(tO) и конденсации (tК).

В качестве дополнительных исходных характеристик должны быть определены (или могут быть заданы) следующие температуры:

температура переохлаждения жидкого рабочего вещества в конденсаторе при теплооб-

мене с окружающей средой (t3=tК–t). Величина переохлаждения (t) традиционно составляет

3…5 С.

температура всасывания (t4=tО+tвс). Перегрев всасываемого пара tвс=3…5 С. Условно перегрев принимают полезным.

По таблицам насыщения выбранного рабочего вещества или по диаграмме определяют

давления tО pО, tК pК .

Регенерация применяется только для рабочих веществ HFC- и CHFC-типа. Влияние регенерации на работу компрессора и характеристики цикла рассмотрены в п.5.2.2.

Тепловой расчет начинается с изображения схемы машины и построения цикла в диаграммах «T-s» и «lgp-h». Параметры в узловых точках цикла заносятся в таблицу (Таблица 1). Таблица является наиболее распространенной и удобной формой записи, позволяющая легко ориентироваться в изменении параметров рабочего вещества при осуществлении цикла.

2.1. Одноступенчатая холодильная машина (тепловой насос)

Схема машины (с набором исключительно основных элементов) приведена на рис.2а. На цикл холодильной машины вспомогательные элементы (линейный ресивер, маслоотделитель, запорные вентили) влияния не оказывают, поэтому их изображение обязательным не является. Цикл машины в диаграммах «T–S» и «lgp–h» представлен на рис.2б,в.

здесь

i – индикаторный КПД; b – коэффициент (Таблица 3); tO – температура кипения (в градусах Цельсия со своим знаком)

гдеэл.дв – КПД электродвигателя. Электродвигатель подбирают по каталогам (Приложение 2) по

номинальной мощности и частоте вращения вала. Частота вращения вала двигателя для сальниковых компрессоров с приводом через муфту и бессальниковых (герметичных) компрессоров совпадает с частотой вращения вала компрессора. Для сальниковых компрессоров с приводом через клиноременную передачу двигатель выбирают с частотой вращения вала большей, чем компрессор, с целью уменьшения габаритов двигателя.

Номинальная мощность электродвигателя Nэл.дв должна быть равной или превышать эффективную мощность компрессора Nе. Для последующих расчетов необходимо использовать действительную (асинхронную частоту вращения вала n, соответствующую выбранному электродвигателю.)