17759

Проектирование многоступенчатого поршневого компрессора

Лекция

Производство и промышленные технологии

Лекция №16. Проектирование многоступенчатого поршневого компрессора. 16.1 Выбор числа ступеней. При выборе числа ступеней можно находить минимально возможное число ступеней zmin и оптимальное число ступеней zopt. Минимальное число ступеней устанавливается из условия вз...

Русский

2013-07-05

375.5 KB

17 чел.

Лекция №16. Проектирование многоступенчатого поршневого компрессора.

16.1 Выбор числа ступеней.

При выборе числа ступеней можно находить минимально возможное число ступеней zmin и оптимальное число ступеней zopt.

Минимальное число ступеней устанавливается из условия взрывопожаробезопасности компрессора и соответствует минимально возможному количеству ступеней компрессора с промежуточным охлаждением, при котором возможна его эксплуатация без опасности воспламенения продуктов трансформации масла в цилиндре.

Для определения zmin  следует воспользоваться формулой для нахождения Пmax  из предыдущей лекции, а также выражением (14.3) для вычисления Пi. В результате после подстановки  в (14.3) Пmax вместо Пi, последующего логарифмирования и преобразования выражения после логарифмирования получим

.

Полученное значение следует округлить до целого значения в сторону увеличения.

Оптимальное  число ступеней устанавливается из тех соображений, что  проектируемый компрессор должен обеспечить наибольший возможный экономический эффект для потенциального потребителя. При определении  zopt исходят из того представления, что с увеличением числа ступеней при использовании промежуточного охлаждения изотермический КПД компрессора должен возрастать. Соответственно должны снижаться затраты на его эксплуатацию. В то же время для реального компрессора увеличение числа ступеней приводит к его удорожанию, увеличению габаритов, к снижению надёжности. Кроме того, при увеличении числа ступеней растут межступенчатые потери, и увеличиваются затраты мощности на преодоление этих потерь. Очевидно, что в реальном компрессоре с увеличением числа ступеней и использовании промежуточного охлаждения изотермический КПД будет вначале расти, а затем падать. Расчётные зависимости, отражающие это обстоятельство, представлены на рис. 15.1. Здесь для каждого числа ступеней z имеется максимум КПД, соответствующий определённому давлению нагнетания. При увеличении или уменьшении этого давления более высокие КПД могут обеспечиваться иным числом ступеней.

Очевидно, что zopt должно быть  больше или равным минимальному числу ступеней. С учётом этого обстоятельства выбор zopt на основании зависимости 15.1 при известном конечном давлении возможен просто и однозначно, когда для минимально возможного числа ступеней при этом давлении обеспечивается равный или более высокий КПД, чем для большего числа ступеней.

Рис. 15.1 Зависимость ηиз от конечного давления для различных чисел ступеней z 

В этом случае выбирается меньшее из двух возможных число ступеней. Такое положение имеет место, если конечное давление соответствует  точке пересечения кривых z = const  или находится левее этой точки. Например, для точки А с давлением 1,15МПа следует принять zopt = 2, если  zmin = 2. То же для давлений 0,9МПа, 0,8 МПа и т.д. Если же конечное давление лежит правее этой точки, то число ступеней следует выбирать с учётом увеличения КПД компрессора с увеличенным числом ступеней, одновременно принимая во внимание рост его стоимости, а также время работы компрессора на рассматриваемом режиме за период времени, выделенный для оценки возможного экономического эффекта.

16.2. Определение размеров ступени компрессора.

Размеры диаметра и хода поршня первой и последующей ступеней определяются из условия всасывания в рабочий цилиндр стпени расчётного расхода воздуха.

Пусть заданы производительность компрессора по всасыванию Q, м3/ч и частота вращения коленчатого вала n, об/мин.

Тогда для первой ступени можно записать

,    (16.1)

где iчисло цилиндров первой ступени, χ – их способ действия.

Для последующих ступеней величина массового расхода останется постоянной, а объемного – будет изменяться с изменением давления и температура на всасывании в каждую ступень. Соответственно

,

.

На этом основании для любой ступени:

.

Запишем теперь на основании (16.1) выражение объёмного расхода для любой ступени

=,

откуда получим выражение для определения рабочего объёма любой ступени:

.    (16.2)

При известном значении рабочего объёма ступени диаметр цилиндра  простой формы устанавливается, если известен ход поршня S, на основании известных правил геометрии

.

Если цилиндр выполнен в виде кольцевой полости (для дифференциальных поршней), то

,

где di+1 – диаметр цилиндра ступени более высокого давления, объединённого с цилиндром предыдущей ступени в схеме с дифференциальным поршнем (см. рис.15.2).

Рис. 15. 2. К определению размеров цилиндра ступени с дифференциальным поршнем

 

Очевидно, что в последнем случае ход поршня будет одинаковым для обеих ступеней и что при определении диаметров такого поршня вначале следует определить диаметр цилиндра простой формы. А затем – кольцевой.

Ход поршня при расчёте компрессоров выбирается из соображений динамики кривошипно-шатунного механизма, где учитываются все усилия, действующие на поршень и прочие элементы КШМ. Обычно он выбирается  с учётом средней скорости поршня и конструктивной схемы цилиндра. Соответствующие рекомендации существуют в специальных источниках, где обстоятельно изучены вопросы динамики поршневых компрессорных машин. Например в кн.. М.И. Френкеля «Поршневые компрессоры», (изд-во Машиностроение, Л,: 1969г).

Частота вращения выбирается также из соображений динамики, а также с учётом параметров возможного приводного двигателя. Во всех случаях при выборе используются данные близких по параметрам современных компрессоров-прототипов.

16.3. Общая схема проектирования поршневого многоступенчатого компрессора.

На основании всего изложенного ранее можно выполнить эскизное проектирование поршневого многоступенчатого компрессора, выполняя  все расчёты и определения в определённой последовательности. Ниже приводится возможная последовательность действий при проектировании компрессора.

Дано: производительность (расход) компрессора по всасыванию Q, м3/ч; конечное давление pк, Па.

 Определить: основные конструктивные параметры и размеры компрессора.

  1.  Вычислить минимальное число ступеней сжатия. Вслед за этим установить целесообразность повышения числа ступеней с целью оптимизации параметров проектируемого компрессора и принять окончательно число ступеней z. 
  2.  Определить значения промежуточных давлений между ступенями. Вычислит значения промежуточных потерь давления, вычислить значения внутренних и внешних степеней повышения давления по ступеням.
  3.  Определить коэффициенты подачи для каждой ступени.
  4.  Выбрать частоту вращения коленчатого вала компрессора, принять конструктивную схему компрессора, выбрать среднюю скорость поршня и найти ход поршня для всех ступеней.
  5.  Определить размеры рабочих объёмов цилиндров всех ступеней и соответствующие диаметры поршней.
  6.  Определить затраты мощности на привод компрессора.

На этом заканчивается так называемый прямой расчёт компрессора. Далее необходимо округлить полученные размеры до стандартных размеров дин и диаметров в машиностроении, с учётом стандартизации ряда деталей поршневых машин, на которые существуют фиксированные размеры у серийных производителей. После этого следует выполнить так называемый обратный расчёт компрессора, в котором будут известны все геометрические и кинематические параметры машины, а определяемыми величинами станут производительность и давления между ступенями при заданном конечном давлении. Такой расчёт основан на тех же расчётных формулах и положениях, которые излагались выше, но более сложен в математическом плане. Поскольку искомые параметры трудно получит простыми расчётами без использования итерационных методов. После такого расчёта параметры проектируемого компрессора будут отличаться от заданных (а это практически неизбежно при необходимости округлять размеры). Следует оценить полученные отклонения и принять решение об изготовлении такой машины или изменить какие-либо параметры при проектировании, чтобы уменьшить отклонения до желательных пределов.  В данной лекции методика обратного расчёта не рассматривается с учётом специфики курса.

Конец лекции.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

51500. Сегментирование рынка, выбор целевых 459.5 KB
  Перечислить основные принципы сегментирования потребительских рынков и рынков товаров промышленного назначения. Как руководство Кокаколы так и руководство Пепсико намерены продолжать политику сегментирования рынка при создании новых товаров. Роджер Энрико из фирмы Пепсико подчеркивает значение демографических тенденций в качестве отправной точки при создании новых товаров ибо по мере старения населения будут меняться и его нужды и его потребности а это даст ключи к дальнейшему сегментированию1. В этом случае продавец производит...
51501. Разработка товаров: подход к разработке новых товаров и проблемам жизненного цикла товара 433.5 KB
  Перечислить и охарактеризовать этапы процесса разработки нового товара. Рассказать как меняется стратегия маркетинга по ходу жизненного цикла товара. На лице товара начали появляться морщины.
51502. Методы распространения товаров: каналы распределения и товародвижение 534 KB
  Для того чтобы добиться с помощью прямого маркетинга экономичности системы массового распределения многим производителям нужно было бы стать посредниками в продаже товаров других производителей. На потребительских рынках этим посредником обычно бывает розничный торговец а на рынках товаров промышленного назначения им нередко оказывается агент по сбыту или брокер. На потребительских рынках такими посредниками обычно становится оптовый и розничный торговцы на рынках товаров промышленного назначения это могут быть промышленный дистрибьютор и...
51503. Продвижение товаров: стратегия коммуникации и стимулирования 431.5 KB
  Назвать и охарактеризовать четыре основные составляющие комплекса стимулирования. Объяснить как происходит составление сметы расходов и отбор элементов комплекса стимулирования. Рассказать о четырех факторах оказывающих влияние на структуру комплекса стимулирования.
51504. Продвижение товаров: личная продажа и управление сбытом 429 KB
  Рассказать о роли торгового агента фирмы. Описать три варианта структурной организации торгового аппарата фирмы и рассказать о преимуществах и недостатках каждого из них. Пояснить каким образом фирмы оценивают эффективность деятельности своих торговых агентов. Порученецразъяснитель фирмы Мерк энд К продвигает новые лекарства фирмы в штате Теннесси Даже будучи в полном здравии Рей Хендерсон проводит много времени в приемных врачей.
51505. Решение о методах выхода на рынок 505.5 KB
  Партнеры могут разойтись во мнениях относительно капиталовложений маркетинга и прочих принципов деятельности. Более того совместное владение может затруднить транснациональной компании проведение в жизнь конкретных политических установок и сфере производства и маркетинга во всемирном масштабе. Вчетвертых фирма сохраняет полный контроль над своими капиталовложениями и следовательно может разрабатывать такие политические установки в области производства и маркетинга которые будут отвечать ее долговременным задачам в...
51507. Расчет и конструирование элементов одноэтажного промышленного здания в сборном железобетоне. Элемент балка 1.55 MB
  Увеличение объема капитального строительства при одновременном расширении области применения бетона и железобетона требует всемерного облегчения конструкций и, следовательно, постоянного совершенствования методов их расчета и конструирования.
51508. Выставочный павильон. Расчет дощатой гнутоклееной рамы 232.84 KB
  В данной пояснительной записке представлены расчеты основной не-сущей конструкции проектируемого здания – дощатой гнутоклееной рамы. В ней также приведены расчеты и конструирование ограждающих конструкций, узловых соединений, выбраны мероприятия по защите элементов от гниения и возгорания.