Материал: Поршневой компрессор. Пояснительная записка

По необходимым значениям эквивалентной площади клапанов подбираем стандартные дисковые клапаны по ОСТ 26-12-2030–81:

- всасывающий клапан I ступени ВКТ 100–2,0–1,0 с мёртвым объёмом клапана V_м при всасывании 84 см³, при нагнетании 73 см³; b = 6 мм; h= 2 мм; d₁=100 мм; d₂=112 мм; h_вс=h_н=10 мм; h₁=25,5 мм; H=75 мм.

- нагнетательный клапан I ступени НКТ 100–1,5–1,0 с мёртвым объёмом клапана V_м при всасывании 81 см³, при нагнетании 73 см³; b = 6 мм; h= 1,5 мм; d₁=100 мм; d₂=112 мм; h_вс=h_н=10 мм; h₁=25 мм; H=75 мм.

- всасывающий клапан II ступени ВКТ 60–2,0–1,6 с мёртвым объёмом клапана V_м при всасывании 24 см³, при нагнетании 14 см³; b = 6 мм; h= 2 мм; d₁=60 мм; d₂=68 мм; h_вс=h_н=8 мм; h₁=20 мм; H=55 мм.

- нагнетательный клапан II ступени НКТ 60–1,5–1,6 с мёртвым объёмом клапана V_м при всасывании 23 см³, при нагнетании 14 см³; b = 6 мм; h= 1,6 мм; d₁=60 мм; d₂=68 мм; h_вс=h_н=8 мм; h₁=19,5 мм; H=55 мм.

После выбора клапанов необходимо найти скорректированные значения эквивалентной скорости газа в клапане по формуле:

w_ф = (2.4.4)

Для I ступени значения эквивалентной скорости газа во всасывающем и нагнетательном клапанах соответственно равны:

w_{ф вс} = = 74,2 м/с;

w_{ф наг} = = 88 м/с.

Аналогично значения эквивалентной скорости газа рассчитываются для II ступени и заносятся в табл.2.4.2.

Скорректированные значения критерия скорости газа в клапане определяется по формуле [2, стр. 174]:

F = (2.4.5)

Для I ступени:

F_вс = = 0,21;

F_наг = = 0,22.

Для II ступени скорректированные значения критерия скорости рассчитываются аналогично и записываются в табл.2.4.2.

Из рисунка 2.4.3 по скорректированному значению критерия скорости находим максимальное значение относительной потери давления в клапане.

1 - нагнетательные клапана; 2 - всасывающие клапана

Рисунок 2.4.2 – Зависимость х_max от F

Для I ступени: х _max.т = 0,07 – всасывание, х _max.т = 0,095 – нагнетание.

Далее проведем расчет для I ступени, для II ступени – он проводится по аналогии.

Задаемся соотношением θ = х_п.о. / х _max.т в диапазоне:

θ = х _п.о. / х _max.т =(0,1…0,3), (2.4.6)

где х _п.о – минимальное значение относительного перепада в клапане, требуемое для преодоления силы упругости пружины при полном открытии клапана; х _max.т – наибольшее теоретическое значение относительной потери давления в полностью открытом клапане.

Принимаем θ = х_п.о. / х _max.т = 0,2.

Находим минимальное значение относительного перепада давления в клапане, необходимого для преодоления силы упругости пружины при полном открытии клапана:

Х _п.о = θ · х _max.т , (2.4.7)

Х _п.о = 0,2 · 0,07 = 0,014 – для всасывания;

Х _п.о = 0,2 · 0,095 = 0,019 – для нагнетания.

Минимальный перепад давления, необходимый для полного открытия клапана:

∆p_п.о. = х _п.о · p, (2.4.8)

p – номинальное давление газа, протекающего в клапане:

∆p_п.о. = 0,014·0,1·10⁶ = 1400 Н/м² – для всасывания;

∆p_п.о. = 0,019·0,29·10⁶ = 5510 Н/м² – для нагнетания.

Находим отношение полной высоты подъема пластины к ширине прохода в щели h/b. На основании полученного значения отношения из рисунка 2.4.2 находим коэффициент давления потока _p.

Значение h/b = 0,33 – для всасывания, h/b = 0,25 – для нагнетания.

Коэффициент давления потока:

_p = 1,25 – для всасывания;

_p = 1,2 – для нагнетания.

Рисунок 2.4.3 – Коэффициент давления потока

Рассчитываем приведенную силу упругости пружины:

В_пр = ∆p_п.о.· _p , (2.4.9)

В_пр = 1400·1,25 = 1750 Н/м² – для всасывания;

В_пр = 5510·1,2= 6612 Н/м² – для нагнетания.

Округляем значение приведенной силы упругости пружин до ближайшего номинального значения В_{пр ном}:

В_{пр ном} = 2750 Н/м² – для всасывания

В_{пр ном} = 8000 Н/м² – для нагнетания

Определяем силу давления пружины на пластину клапана по формуле:

p_пр.ном = В_{пр ном} · f_c (2.4.10)

где ʄ_c – площадь проходного сечения в седле:

p_пр.ном = 2750·0,00178 = 4,9 – для всасывания;

p_пр.ном = 8000·0,00178 = 14,24 – для нагнетания.

Расчет сводим для первой и второй ступеней сводим в таблицу 2.4.2.

Таблица 2.4.2 Расчет пружины клапана

5. Проектирование газоохладителя

Газоохладители выпускают в различных конструктивных исполнениях: кожухотрубными, в виде элементов типа «труба в трубе», U-образными, змеевиковыми, секционными и радиаторными.

Конструкция компрессорных газоохладителей зависит от условий применения и прежде всего от давления охлаждаемого газа. Для низких (до 3…3,5 МПа) используют преимущественно кожухотрубные, элементные, пластинчатые и пластинчато-ребристые, а для более высоких давлений – кожухотрубные, «труба в трубе» и U-образные.

Охладители типа «труба в трубе» представляют собой блок из необходимого числа секций, каждая из которых состоит из концентрически расположенных (одна в другой) двух труб разного диаметра. Такие охладители делают противоточными. Движение газа осуществляется либо в межтрубном пространстве (до давления 20 МПа), либо во внутренней трубе. В тех случаях, когда газ движется по межтрубному пространству, а вода – во внутренней трубе, используют продольно-оребренные внутренние трубы.

1. Расчет расхода охлаждающей жидкости

Рассчитаем газовый поток:

Q=Q₁+Q₂ , (2.5.1.1)

где Q₁ – тепловой поток при охлаждении сухого газа (Дж);

Q₂ – дополнительный тепловой поток;

Q₁ = mˑC_pгˑ(t₁ – t₂), (2.5.1.2)

где m – массовый расход газа через охладитель; t₁ – температура газа на входе в охладитель; t_{2 –} температура газа на выходе из охладителя (принимаем на 5-8°С больше, чем температура охлаждающей воды по заданию); C_pг =1,005ˑ10³ (Дж/кгˑК) – удельная теплота охлаждаемого газа.

m= ρ_н1ˑV₁ , (2.5.1.3)

где V₁ – объем цилиндра I-ой ступени;

ρ_н1= P _н1/ R_г ˑ Т_н.в . (2.5.1.4)

где P _н1 – давление нагнетания I-ой ступени; R_г =287,2 (Дж/кгˑК) – газовая постоянная; Т_н.в – начальная температура воздуха ≈ 30°С:

ρ_н1= 0,29ˑ10⁶/ (287,2ˑ303)=3,33 кг/м³;

m=3,33ˑ0,033=0,11 кг/с;

t₂ =25+5=30°С= 303 К;

Q₁= 0,11ˑ1,005ˑ10³ˑ(412-303)=12050 Дж.

Q₂=(0,1…0,12)ˑQ₁ , (2.5.1.5)

Q₂=0,1ˑ12050 =1205 Дж;

Q=12050+1205=13255 Дж.

Расход воды:

W=Q/C_pвˑ(τ₂ - τ₁), (2.5.1.6)

где τ₁ – температура охлаждающей воды (по заданию); τ₂ – на 15-20°С больше τ₁ ; C_pв = 4,19ˑ10³(Дж/кгˑК).

W=13255 /(4,19ˑ10³ˑ(313-298))=0,21 (л/с).

2. Определение площади поверхности теплообмена

Площадь поверхности теплообмена:

F=Q/KˑΔt_ср , (2.5.2.1)

где К=250 (Вт/м²ˑК) – коэффициент теплопередачи; Δt_ср – средний температурный напор:

Δt_ср = ε_Δt (2.5.2.2)

где ε_Δt – коэффициент, зависящий от температур теплоносителей на входе и выходе из охладителя и взаимной ориентации направлений потоков охлаждаемой и охлаждающей сред, он зависит от безразмерных комплексов:

R = , (2.5.2.3)

, (2.5.2.4)

R = (412-313)/(313-298) = 6,6;

P = (313-298)/(412-298) = 0,13.

Т. к. R>4 , а P≈0,1, то по [3, стр.351] ε_Δt=1.

Δt_ср = = 44,5 К;

F = 13255/250ˑ44,5 = 1,19 м².