Материал: Поршневой компрессор. Пояснительная записка

3. Определение основных геометрических параметров газоохладителя

Площадь поверхности теплообмена относится к наружному диаметру внутренней трубы охладителя, внутри которой циркулирует вода. Используя ГОСТ 3262-75, подбираем (конструктивно) ее оптимальный диаметр: 60 мм. Затем выбираем внутренний диаметр наружной трубы: 80 мм, который должен быть несколько больше, чем внутренней трубы. По межтрубному пространству будет циркулировать газ.

Найдем длину газоохладителя:

(2.5.3.1)

Определим количество витков, предварительно подобрав их длину:

(2.5.3.2)

Для предотвращения образования конденсата после прохождения газа необходимо рассчитать минимальный возможный диаметр, зависящий от суммы площадей отверстий в клапане:

(2.5.3.3)

где S – эквивалентная площадь клапана. Из этой формулы находим d:

Принимаем внутренний диаметр трубопровода d=40 мм.

3. Динамический расчет компрессора

   1. Расчет сил, действующих при поступательном движении. Диаграмма суммарных поршневых сил

При движении поршня изменяется объем рабочей полости цилиндра, изменяется и давление газа в этой полости. Изменение давления газа в рабочей полости можно изобразить графически в виде зависимости от положения поршня, т.е. от объема рабочей полости цилиндра. Таким образом, графическая зависимость давления газа в рабочей полости от положения поршня или от объема рабочей полости называется индикаторной диаграммой.

Для изучения особенностей работы и для расчета действительного компрессора вес процессы (всасывание, сжатие, нагнетание и обратное расширение) представляют упрощенно, условно, так, чтобы для расчета компрессора можно было применить простые термодинамические зависимости. Этому требованию соответствует схематизированная индикаторная диаграмма, которая состоит из простых термодинамических процессов, условно протекающих таким образом, что при расчетах получаются результаты, справедливые (с некоторым приближением) для действительного компрессора.

По горизонтальной оси откладываем в масштабе перемещение поршня от верхней мертвой точки, а по вертикальной – силу давления газа в рабочей полости. Воспользуемся аналитическим методом построения индикаторных диаграмм.

Для I ступени:

Давление всасывания и нагнетания:

Р_всI=0,1 МПа;

Р_нI=0,29 МПа.

Показатель политропы n:

сжатия: n_сI =1,33;

расширения: n_рI=1,26.

Объем, описываемый поршнем I ступени:

. (3.1.1)

Мертвый объем цилиндрической формы вычисляется по формуле:

, (3.1.2)

где S_л.м. ‒ высота мертвого пространства.

Находим относительный мертвый объем а_м:

а_мІ = , (3.1.3)

.

Получим значения объема для построения кривой сжатия по формуле [1, стр. 88]:

= . (3.1.4)

Результаты расчета сведем в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 ‒ Изменение объема в процессе сжатия

Рц1, МПа	Pц1·Fn1, кН	, см3
0,10	1,65	2842,8
0,12	1,98	2478,6
0,14	2,31	2207,4
0,16	2,64	1996,5
0,18	2,97	1827,3
0,20	3,3	1688,1
0,22	3,63	1571,4
0,24	3,96	1471,9
0,26	4,29	1385,9
0,29	4,785	1276,7

Перемещение поршня также связано с углом поворота коленчатого вала, поэтому индикаторную диаграмму также построим в координатах р-φ, где φ – угол поворота коленчатого вала (кривошипа). За начальный момент отсчета угла поворота коленчатого вала принимаем положение кривошипа, соответствующее положению поршня в верхней мертвой точке.

Вычислим значения для построения кривой нагнетания по формуле:

. (3.1.5)

Результаты расчета сведем в таблицу 3.2.

Таблица 3.2 ‒ Изменение объема в процессе нагнетания

Рц1, МПа	Pц1·Fn1, кН	, см3
0,10	1,65	467,4
0,12	1,98	404,5
0,14	2,31	357,9
0,16	2,64	321,9
0,18	2,97	293,2
0,20	3,3	269,7
0,22	3,63	250,0
0,24	3,96	233,3
0,26	4,29	219,0
0,29	4,785	200,8

Для II ступени:

Давление всасывания и нагнетания:

Р_всI=0,29 МПа;

Р_нI=0,85 МПа.

Показатель политропы n:

сжатия: n_сI =1,35;

расширения: n_рI=1,28.

Объем, описываемый поршнем II ступени:

. (3.1.6)

Мертвый объем цилиндрической формы вычисляется по формуле:

, (3.1.7)

где S_л.м. ‒ высота мертвого пространства.

Находим относительный мертвый объем а_м:

а_мІ = , (3.1.8)

.

Получим значения объема для построения кривой сжатия по формуле:

= (3.1.9)

Результаты расчета сведем в таблицу 3.3.

Таблица 3.3 ‒ Изменение объема в процессе сжатия

Рц2, МПа	Pц2·Fn2, кН	, см3
0,29	1,653	446,1
0,35	1,995	388,1
0,40	2,28	351,5
0,45	2,565	322,1
0,50	2,85	298,0
0,55	3,135	277,6
0,60	3,42	260,3
0,65	3,705	245,3
0,70	3,99	232,2
0,75	4,275	220,7
0,80	4,56	210,4
0,85	4,845	201,1

Перемещение поршня также связано с углом поворота коленчатого вала, поэтому индикаторную диаграмму также построим в координатах р-φ, где φ – угол поворота коленчатого вала (кривошипа). За начальный момент отсчета угла поворота коленчатого вала принимаем положение кривошипа, соответствующее положению поршня в верхней мертвой точке. Вычислим значения для построения кривой нагнетания по формуле:

. (3.1.10)

Результаты расчета сведем в таблицу 3.4

Таблица 3.4 ‒ Изменение объема в процессе нагнетания

Рц2, МПа	Pц2·Fn2, кН	, см3
0,29	1,653	73,5
0,35	1,995	63,5
0,40	2,28	57,2
0,45	2,565	52,2
0,50	2,85	48,1
0,55	3,135	44,6
0,60	3,42	41,7
0,65	3,705	39,1
0,70	3,99	36,9
0,75	4,275	35,0
0,80	4,56	33,3
0,85	4,845	31,7

Для построения диаграмм необходимо также найти поправку Брикса [1, стр. 95]:

(3.1.11)

где

(3.1.12)

R – радиус кривошипа;

L – расстояние между центрами головок шатуна.