Определение параметров воздуха и массовой производительности компрессора
Определение основных размеров цилиндров компрессора
Построение процесса сжатия газа в первой ступени в p, v диаграмме
Расчет мощности компрессора
Определение поверхности охлаждения промежуточного охладителя воздуха
476252400300t’w
00t’w
-3810904240t’’w
00t’’w
Вода
Воздух P1=1 бар
Воздух P2
P3= Pк
1
2
3
4
6
2ё
5
1
7
8
Д2
Д1
S2
S1
Вода
Воздух P1=1 бар
Воздух P2
P3= Pк
1
2
3
4
6
2ё
5
1
7
8
Д2
Д1
S2
S1
1 – поршень; 2 – шток; 3 – цилиндр второй ступени; 4 – шатун; 5 – коленчатый вал; 6 – маховик; 7 – цилиндр первой ступени; 8 – промежуточный охладитель воздуха
Рисунок 1 – Схема двухступенчатого поршневого компрессора простого действия
Степень повышения давления в обеих ступенях является одинаковой
p2p1=p3p2=πk,
где πk - степень повышения давление в ступени.
Стенки цилиндров первой и второй ступеней охлаждаются водой с одной интенсивностью, поэтому процессы сжатия в обеих ступенях происходят по политропе с одинаковым показателем n (см. табл.1).
После первой ступени в промежуточном охладителе воздух охлаждается при постоянном давлении Р2 до начальной температуры t1.
Производительность компрессора при параметрах на всасывании (pl,t1) равна V1. Частота вращения коленчатого вала nк также приведена в таблице 1. Для рабочего тела (воздуха) показатель политропы следует принимать в пределах n = 1,22 ÷ 1,26.
В работе требуется определить:
1) давление воздуха после первой ступени p2 , бар;
2) температуру в конце сжатия в каждой ступени t2 и t3;
3) объемный расход сжатого воздуха после первой ступени V2 и после второй ступени V3, м3/ч;
4) массовую производительность сжатого воздуха G, кг/ч;
5) изменение внутренней энергии u и энтальпии i в каждой ступени;
6) количество удельной теплоты, отводимой охлаждающей водой от воздуха при сжатии в каждой ступени q, кДж/кг, а также в промежуточном охладителе q, кДж/кг;
7) расход охлаждающей воды в рубашки цилиндров Gw, кг/ч, промежуточный охладитель G*, кг/ч, и общий расход, полагая, что вода в них нагревается от tw = 10C на входе до tw = 20C на выходе;
8) затрачиваемую удельную работу политропного сжатия lпол, кДж/кг;
9) затрачиваемую удельную работу изотермического сжатия lиз;
10) теоретическую (Nиз) и эффективную (Nе) мощность компрессора, если его изотермический КПД из = 0,6÷0,8, а механический КПД мех = 0,95÷0,98;
11) поверхность охлаждения промежуточного охладителя воздуха при прямотоке или противотоке теплоносителей, принимая коэффициент теплопередачи от воздуха к воде К = 20 Вт/(м2К).
Построить в p,v-координатах по точкам процесс сжатия по политропе и изотерме для первой ступени с графическим изображением теоретического рабочего процесса компрессора.
Решение
Определение параметров воздуха и массовой производительности компрессора
2.1 Давление за первой ступенью компрессора Р2, бар, определяется из соотношения
p2p1=p3p2,
Отсюда
p2=p1⋅p3=
р2= 1*13= 3,6
Давление перед цилиндром второй ступени принимаем равным p2, потерями давления в промежуточном охладителе пренебрегаем.
2.2 Температура в конце сжатия вычисляется исходя из закономерностей политропного процесса
T2=T1⋅p2p1n-1n
T1=t1+273 = 22+273 = 295 К
T2=2953,611.28-11.28=390,4 K
Исходя из соотношения (1) и равенства показателей политропы n для процессов сжатия в обеих ступенях по заданию получаем, что температура воздуха на выходе из обеих ступеней одинакова, т.е. Т2 = Т3.
2.3 Объемный расход сжатого воздуха после первой ступени при давлении p2 и температуре Т2
V2=V1⋅p1p21n
V2=0,07713,611,28=0,0283 м3/с=101,88 м3/ч
После второй ступени при давлении p3 и температуре Т3
V3=V2⋅p2p31n
V3=0,02833,61311.28=0,00174м3с=6,264 м3/ч
2.4 Массовая производительность компрессора G, кг/ч, рассчитывается с помощью уравнения состояния идеального газа
G=p1⋅V1R⋅T1,
G= 105*0.077287*295=0,91 кг/с=3276 кг/ч
где p1 - давление на входе, Па;
V1 - производительность при параметрах на всасывании, м3/ч;
T1 - температура воздуха на входе, К;
R = 287 - удельная газовая постоянная воздуха, Дж/(кгК) [1].
2.5 Изменение внутренней энергии в процессе сжатия в первой ступени
ΔU=cν⋅T2-T1,
∆u=712*390,4-295=67924 Дж/кг
где cν - удельная изохорная теплоемкость, Дж/(кгК) [1].
Изменение энтальпии в том же процессе
Δi=cp⋅T2-T1
∆i=1005*390,4-295=95877 Дж/кг
Поскольку T2-T1=T3-T1, то подсчитанные по формулам (7) и (8) величины и Δu Δi одинаковы для обеих ступеней.
2.6 Теплота политропного процесса сжатия в первой ступени, Дж/кг
q1=cn⋅(T2-T1)=cv⋅n-kn-1⋅(T2-T1),
q=7121,28-1,41,28-1390,4-295=-29110 Дж/кг
где cn=cv⋅n-kn-1 , Дж/(кгК) – удельная теплоемкость политропного процесса при заданном показателе политропы n.
По указанной выше (п.2,5) причине удельная теплота q одинакова как для первой, так и для второй ступеней, т.е
. q1 = q2 = q.
Теплота q отводится из каналов охлаждения («рубашек») цилиндров с охлаждающей водой.
Расход охлаждающей воды на цилиндр первой ступени GW1, кг/с, подсчитывается по уравнению теплового баланса
Gw1cwtw''-tw'=qG,
Отсюда
Gw1=q1Gcw*tw''-tw'
где (tW″-tW') - разность температур охлаждающей воды на входе и выходе;
cW= 4190 Дж/(кгК) – удельная теплоемкость воды [1].
Из уравнения теплового баланса следует
GW1=q⋅GCW⋅(tW″-tW') (11)
Gw1=-29110*0,914190*20-10=0,632 кг/с=2275,2 кг/ч
Расход воды на цилиндр второй ступени будет таким же, т.е. GW2=GW1 = 0,632 кг/с.
2.7 Отводимая от воздуха удельная теплота в промежуточном охладителе при р2 = const рассчитывается по уравнению
q'=cp⋅(T1-T2), (12)
q'=1,005*295-390,4=- 95877 Дж/кг
где – cp - удельная изобарная теплоемкость воздуха, кДж/(кгК) [1].
Определяем расход охлаждающей воды через промежуточный охладитель и суммарный через компрессор.
Gw2*=-95,877*0,914,1920-10=2,07 кг/с
Суммарный часовой расход охлаждающей воды
Gw=2*Gw1+Gw2*3600=2*0,632+2,07*3600=12002,4 кг/ч
3 Определение основных размеров цилиндров компрессора
Рабочий объем цилиндра первой ступени Vp1, м3, определяется по формуле
Vp1= V1nk= 280240*60=0,0194 м3
где nk - частота вращения вала компрессора, мин-1.
Принимают отношение хода поршня к диаметру S/D = 0,7
Откуда
S = 0,7D.
Тогда
Vp1=0,785⋅D2⋅0,7⋅D=0,5495⋅D3
Диаметр цилиндра первой ступени D1, м, составит
D1=3Vp10,5495
D1= 30,01940.5495=0.3286 м
Рабочий объем цилиндра второй ступени Vp2,м3
Vp2=Vp1 р1р2=0,019413,6=0,0054 м3
Диаметр цилиндра второй ступени D2, м
D2=3Vp20,5495.
D1= 30,00540.5495=0,214 м
Ход поршня Si, м, в цилиндрах первой и второй ступеней
S1=0,7⋅D1,S2=0,7⋅D2
S1=0,7*0.3286= 0,23 м
S2=0,7*0,214= 0,15 м
4. Построение процесса сжатия газа в первой ступени в p, v - диаграмме
4.1. Построение процесса политропного сжатия осуществляется следующим образом [2]. Определяются удельные объемы в начальном (при p1, T1) и конечном (при p2, T2) состояниях по выражениям
v1= V1G= 0,0770,91=0,0846 м3/кг
v2= V2G= 0,02830,91=0,031 м3/кг
По параметрам p1 и v1 в выбранных масштабах наносится на график точка 1, по p2, v2 – точка 2
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
