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 Nпр и расход охлаждающей воды Gвод, 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 dвн и толщиной стенок δ=3 мм, по которым движется воздух. Коэффициент теплопроводности стали λст=50 Вт/(м•К). Число труб n1. Вода, поступающая в межтрубное пространство, имеет температуру t1вод. Повышение температуры воды в холодильнике принять равным Δtвод=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 Cp=1004 Дж/(кг-К) - теплоемкость воздуха при постоянном давлении; Gвоз - 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.

Gвоз 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, ΔTвод=Δtвод+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 dвн , а определяющей температурой - средняя температура воздуха в теплообменнике

 При этом теплопроводность  λвоз и динамическая вязкость μвоз выбираются по справочным данным (см. приложение А), а плотность ρвоз 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 dср =dвн - 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


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение А

 

Физические свойства сухого воздуха

-50

2,04

14,6

-40

2,12

15,2

-30

2,20

15,7

-20

2,28

16,2

-10

2,36

16,7

0

2,44

17,2

10

2,51

17,6

20

2,59

18,1

30

2,67

18,6

40

2,76

19,1

50

2,83

19,6

60

2,90

20,1

70

2,96

20,6

80

3,05

21,1

90

3,13

21,5

100

3,21

21,9

120

3,34

22,8

140

3,49

23,7

160

3,64

24,5

180

3,78

25,3

200

3,93

26,0

250

4,27

27,4

300

4,60

29,7

350

4,91

31,4

400

5,21

33,0

500

5,74

36,2


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

Основная

  1. Баскаков А. П. и др. Теплотехника: Учеб. для вузов / Баскаков А. П., Берг Б. В., Витт О. К.; Под ред. А. П. Баскакова. - 2-е изд., перераб.-М.: Энерго- атомиздат, 1991. - 224 с.
  2. Бакластов A. M., Горбенко В. А., Удыма П. Г.. Проектирование, монтаж и эксплуатация тепломассообменных установок. - М.: Энергоиздат, 1981. - 336 с.
  3. Тихомиров К. В., Сергеенко Э. С. Теплотехника, газоснабжение и вентиляция: Учеб. для вузов.-4-е изд., перераб. и доп.-М.:Стройиздат, 1991. - 480 с.

Дополнительная

    1. Теплотехника (курс общей теплотехники): Учеб. для вузов / Под ред. И. Н. Сушкина. - 2-е изд., перераб. - М.: Металлургия, 1973. - 480с.
    2. Теплоэнергетика и теплотехника: Общие вопросы: Справочник / Под общ. ред. А. В. Клименко, В. М. Зорина. - 3-е изд., перераб. - М.: Изд-во МЭИ, 2000. - 528с.