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

70819. Разработка предложений по совершенствованию методики оценки кредитоспособности физических лиц в ТКС Банк (ЗАО) 108.27 KB
  В мировой практике развитие экономики неразрывно связано с кредитом, который в свою очередь в различных формах проникает во все сферы хозяйственной жизни. Активная работа коммерческих банков в области кредитования является непременным условием успешной конкуренции этих учреждений...
70820. Учет заработной платы в филиале ОГУ «Центр социальных выплат населению г. Галича и Галичского района: состояние и совершенствование 151.38 KB
  Актуальность выбранной темы исследования объясняется зависимостью величины заработной платы от уровня жизни населения любой страны. Для подавляющего большинства людей заработная плата является основным источником дохода.
70821. Управление дебиторской задолженностью (на примере ЗАО «Страховая группа «Спасские ворота») 1.17 MB
  Научная разработанность исследования заключается в разработке научно обоснованных теоретических подходов, принципов по управлению дебиторской задолженностью, а также практических рекомендаций и методических положений по совершенствованию этого процесса...
70822. Измерения активного сопротивления 564.5 KB
  Получение навыков измерения активного сопротивления. Ознакомление с методами измерения активного сопротивления. Ознакомьтесь с принципами организации измерения активного сопротивления косвенным методом.
70823. УПРОЩЕННАЯ ПРОЦЕДУРА ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ПРЯМЫХ ИЗМЕРЕНИЙ С МНОГОКРАТНЫМИ НАБЛЮДЕНИЯМИ 401 KB
  Ознакомление с упрощенной процедурой обработки результатов прямых измерений с многократными наблюдениями. Знакомство с методами планирования количества наблюдений получение навыков обработки результатов наблюдений и оценивания погрешностей результатов измерений.
70824. Исследование модели шинной ЛВС со случайным доступом 134.5 KB
  Исследовать особенность построения и функционирования шинной ЛВС со случайным методом доступа и определение основных характеристик сети. В результате выполнения лабораторной работы получены знания по структуре, форматам кадров и протоколам физического и канального уровней...
70825. Изучение параметров сигнала с помощью программы SpectrLAB 4.08 MB
  Записать с помощью предоставленного микрофона звуковой сигнал определенной длительности. Изучить его параметры с помощью программы SpectraLAB v4.32.8. Выполнение задания: Исходный сигнал записан в звуковом формате wav, со следующими параметрами: Длительность: 5.28 с...
70827. Дослідження аналогової інтегральної мікросхеми 597 KB
  Експериментальне визначення параметрів не потребує знання схеми і може бути здійснено як для будь-якого чотириполюсника шляхом вимірювання струмів і напруг вхідного і вихідного сигналів.