Расчет компрессора

Содержание

Введение……………………………………………………………………….…3

Задание на курсовую работу……………………………………………………4

Исходные данные (таблица 1)…………………………………………………..5

Порядок проведения расчетов………………………………………….………6

Приложение А…………………………………………………………………..18

Список литературы……………………………………………………………..19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Теплотехника - наука, которая изучает методы получения, преобразования, передачи и использования теплоты, а также принципы действия и конструктивные особенности тепловых машин, аппаратов и устройств. Теплота используется во всех областях деятельности человека. Для установления наиболее рациональных способов его использования, анализа экономичности рабочих процессов тепловых установок и создания новых, наиболее совершенных типов тепловых агрегатов необходима разработка теоретических основ теплотехники. Различают два принципиально различных направления использования теплоты - энергетическое и технологическое. При энергетическом использовании, теплота преобразуется в механическую работу, с помощью которой в генераторах создается электрическая энергия, удобная для передачи на расстояние. Теплоту при этом получают сжиганием топлива в котельных установках или непосредственно в двигателях внутреннего сгорания. При технологическом использовании, теплота используется для направленного изменения свойств различных тел (расплавления, затвердевания, изменения структуры, механических, физических, химических свойств).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание на курсовую работу

В идеальном двухступенчатом  компрессоре сжимается воздух от давления p₁=0,1 МПа до давления p₃. Температура воздуха на входе первой ступени t₁. Объемная производительность компрессора при условиях входа - v₁, показатели политропы сжатия в обеих ступенях одинаковы и равны п. Определить параметры воздуха в начале и конце сжатия в каждой ступени, теоретическую мощность привода компрессора N_пр и расход охлаждающей воды G_вод, прокачиваемой через промежуточный холодильник. Изобразить в масштабе процессы сжатия и охлаждения воздуха в pV- и Ts-координатах.

Холодильник выполнен из параллельно включенных стальных труб диаметром d_вн и толщиной стенок δ=3 мм, по которым движется воздух. Коэффициент теплопроводности стали λ_ст=50 Вт/(м•К). Число труб n₁. Вода, поступающая в межтрубное пространство, имеет температуру t₁вод. Повышение температуры воды в холодильнике принять равным Δt_вод=20 °С. Определить площадь поверхности F теплообмена холодильника. При этом коэффициент теплоотдачи от воздуха к трубам рассчитать, а от поверхности труб к воде принять в соответствии с таблицей исходных данных. Изобразить изменение температуры воздуха и воды вдоль поверхности теплообмена. Представить эскиз теплообменника (холодильника) и принципиальную схему двухступенчатого компрессора. Исходные данные представлены в таблице 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1 – Исходные данные

 

Исходные данные	Последняя цифра шифра
	3
n	1,18
, м3/с	0,08
	800
рз, МПа	3,6
Исходные данные	Предпоследняя цифра  шифра
	6
	8
, °С	26
dвн, мм	35
	21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Порядок проведения расчетов

1. Мощность привода идеального компрессора. Все величины, входящие в эти уравнения, необходимо подставлять в системе СИ.

Для определения мощности привода идеального компрессора  сначала определим давление воздуха в конце сжатия в первой ступени по формуле

Па,

Па,

где p₁ - давление воздуха в начале сжатия в первой ступени, Па; p₃ - давление

воздуха в конце сжатия во второй ступени, Па.

При одинаковых степенях повышения давления газа в каждой ступени, мощности привода каждой ступени одинаковы. Для расчета можно воспользоваться формулой

Вт,

Вт,

где n - показатель политропы сжатия; v₁ - объемная производительность компрессора, м³/с.

2. Теплопроизводительность промежуточного холодильника, в котором воздух после сжатия в 1-ой ступени охлаждается до первоначальной температуры t₁, определяется по уравнению

Вт,

Вт,

где C_p=1004 Дж/(кг-К) - теплоемкость воздуха при постоянном давлении; G_воз - массовая производительность компрессора, кг/с; T₂ - температура воздуха после сжатия в 1-ой ступени, К.

          Температура воздуха на входе первой ступени T₁=t₁+273,15, К.

T₁=26+273,15=299,15, К.

 

Температура воздуха  после политропного сжатия в 1-ой ступени

К.

К.

G_воз определяется из уравнения состояния по параметрам на входе в компрессор , откуда

кг/с,

 кг/с,

где R=287 Дж/(кгК) - удельная газовая постоянная воздуха.

3. Для построения процессов сжатия и охлаждения в pV-диаграмме прежде всего необходимо определить удельный объем воздуха в начале и конце процессов сжатия в 1-ой ступени (V₁, V₂), а также в начале и конце сжатия во 2- ой ступени (V₃, V₄), воспользовавшись уравнением состояния идеального газа

pV=RT.

Для более точного  изображения линий сжатия требуется определить координаты (р, V) для нескольких промежуточных состояний рассматриваемых процессов. Для этого рассчитаем значения V₁₂ в интервале (V₁... V₂) и V₃₄ в интервале (V₃... V₄) и определим по уравнению политропного процесса pVⁿ=const соответствующие значения давления.

 

По полученным данным составим таблицу 2 для построения pV-диаграммы.

Таблица 2 – исходные данные для построения pV-диаграммы

V, м3/кг	p, Па
0	3600000
0,03	3600000
0,09	1096308
0,15	600000
0,19	600000
0,52	178579
0,85	100000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Расход охлаждающей воды через холодильник

где =4190 - теплоемкость воды, ΔT_вод=Δt_вод+273,15=20+273,15= =293,15 К - температура нагрева воды в холодильнике, К.

5. Площадь поверхности теплообмена холодильника определяется по основному уравнению теплопередачи

где k – коэффициент теплопередачи, Вт/( ); - средний логарифмический температурный напор между воздухом и охлаждающей водой.

Средний логарифмический  температурный напор

где

 

В соответствии с указаниями к заданию коэффициент теплопередачи k можно определить по формуле для плоской стенки:

при этом α₂ принимается в соответствии с таблицей исходных данных, а α₁ рассчитывается.

При расчете α₁ в случае турбулентного режима движения воздуха в трубах коэффициент теплоотдачи α₁ может быть определен по критериальному уравнению:

Здесь: - число Нуссельта; - критерий Рейнольдса. Получаем                              

Характерным размером в  формуле является внутренний диаметр  труб d_вн , а определяющей температурой - средняя температура воздуха в теплообменнике

 При этом теплопроводность  λ_воз и динамическая вязкость μ_воз выбираются по справочным данным (см. приложение А), а плотность ρ_воз рассчитывается по уравнению состояния идеального газа:

где

Скорость воздуха определяется по массовой производительности компрессора и площади проходного сечения труб

На основании выполненных  расчетов построим график движения теплоносителей (распределение температуры по площади холодильника).

 

Таблица 3 с данными для построения схемы

 

0	115,75	Воздух
74	26
0	28	Вода
74	8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Рабочая длинна труб в промежуточном охладителе равна

где d_ср =d_вн - средний диаметр труб.

По общей длине труб l определяется число секций холодильника на основании их стандартных размеров 1 м, 1,5 м, 2 м, 3 м.

Рисунок 3 – Принципиальная схема холодильника

Рисунок 4 – Принципиальная схема двухступенчатого компрессора:

1 – цилиндр низкого  давления; 2 – промежуточный холодильник; 3 – цилиндр высокого давления

7. Расчёт Ts- диаграммы. Построение процессов в Ts-координатах следует начинать с выбора масштабов для температуры и изменения энтропии. На диаграмму наносятся линии T₁=const и T₂=const, в пределах которых осуществляются процессы сжатия и охлаждения газа. Т₂ - температура воздуха после по- литропного сжатия в каждой ступени - определяется по уравнению

Начальная точка процесса сжатия в 1-ой ступени (точка 1) выбирается на линии T₁=const в правой части диаграммы. Далее рассчитывается изменение энтропии в процессе сжатия в 1-ой ступени по формуле

где  - изохорная теплоемкость воздуха; показатель адиабаты двухатомных газов.

Получаемое отрицательное  значение Δs₁₂ означает, что энтропия в процессе 1-2 уменьшается.

Отложив в масштабе от точки 1 влево отрезок, равный |Δs₁₂|, и восстановив перпендикуляр к изотерме T₁=const до пересечения с линией T₂=const, получим точку 2, соответствующую состоянию воздуха в конце сжатия в 1-ой ступени.

Для определения положения  точки 3 (начала сжатия во 2-ой ступени) вычисляется изменение энтропии воздуха в охладителе по формуле

где - изобарная теплоемкость воздуха. Отрицательное значение

 указывает на уменьшение энтропии воздуха в процессе охлаждения.

Отложив в масштабе от точки 2 влево отрезок, равный |Δs₂₃| и опустив перпендикуляр к изотерме T₂=const, получим точку 3.

Положение точки 4, характеризующей  состояние воздуха в конце  сжатия во 2-ой ступени, определяется аналогично точке 2 при сжатии в 1-ой ступени. Причем, поскольку показатели политропы сжатия n в обеих ступенях одинаковы, то и изменение энтропии воздуха также одинакова, т.е.

.

Для определения местоположения промежуточных точек процессов 1-2, 2-3 и 3-4 выбираются значения температуры между T₁ и T₂. Затем рассчитываются изменение энтропии в процессе сжатия и охлаждения

 и методом, аналогичным  построению точек 2,3,4 устанавливаются  координаты искомых промежуточных  точек. 

    На основании вышеуказанных рассуждений произведем расчет параметров Ts-диаграммы.

Рассчитываем таблицу  для построения - диаграммы.

Таблица 4 – данные для  построения - диаграммы.

 

S, Дж/(кг*К)	T, K
489	299,15
366,54	344,03
262	388,9
139,54	344,03
227	299,15
104,54	344,03
0	388,9