19. Коэффициент подачи

Отношение фактической производительности компрессора к теоретически возможной называют коэффициентом подачи компрессора (или отдельной ступени) и обозначают символом λ, т.е.

λ = m / m_т = V_вс / V_т = λ_дl_тλ_о– (ν_пер +ν_пр+ν_в.у+ ν_вл),

где m_т, m- теоретический и фактический массовый расход

газа через компрессор за один рабочий цикл;

V_т, V_вс, -теоретическая ифактическая объёмная производительность

компрессораприведенная к условиям всасывания.

20. Определение рабочих объемов цилиндров

Объем цилиндра i - й ступени V_hi и массовый расход газа через i – ю ступень за один оборот коленчатого вала связаны соотношением

m_i= λ_i · ρ_всi ·V_hi · z_цi

Откуда V_hi = m_i/ (λ_i · ρ_всi · z_цi ),

где z_цi - число параллельно работающих цилиндров i - й ступени сжатия согласно принятой кинематической схеме компрессора.

21. Определение активной площади поршней

Под активной площадью поршня отдельного цилиндра i - й ступени следует понимать ту его часть, на которую действует давление газа соответствующей ступени сжатия. Величина активной площади поршня связана с рабочим объёмом цилиндра уравнением

F_пi* = V_hi/ S_п

С учетом конструктивных особенностей ступеней, отражаемых на кинематической схеме компрессора, установим связь активной площади поршня с диаметром цилиндра соответствующей ступени:

ступени с поршнем одностороннего действия - F_п* = (π/4)·D²

ступени с поршнем двухстороннего действия - F_п* = 2(π/4)·D² - (π/4)·d_шт²

При дифференциальном исполнении ступеней активные площади поршней каждой ступени определяются в соответствии с их взаимным расположением по рядам компрессора согласно принятой кинематической схеме.

22. Расчет диаметров цилиндров

По найденным значениям F_пi* определяются диаметры цилиндров ступеней:

ступени с поршнями одностороннего действия

ступени с поршнями двухстороннего действия:

Найденные диаметры цилиндров округляются (D^* → D) до значений, соответствующих стандартному ряду поршневых колец. После округления диаметров цилиндров уточняются рабочие объемы цилиндров.

23. Расчет газовых усилий по рядам компрессора

Суммарные газовые силы, действующие вдоль осей каждого ряда, не должны превышать номинального усилия принятой базы.

При расчете газовых сил необходимо соблюдать правила знаков:

«+» - силы, направленные от вала в сторону цилиндров;

«-» - силы, направленные в противоположную сторону.

24. Проверка соответствия расчетной производительности компрессора заданной в техническом задании на проектирование

При выбранной схеме, уточненном объёме цилиндра I ступени и величине коэффициента подачи расчетная производительность компрессора определяется на основании уравнения

Отклонение расчетной производительности от заданной в техническом задании на проектирование не допускается более ± 5%.

25. Выбор типа клапанов

Несмотря на большое разнообразие конструкций клапанов,на практике применяются только прошедшие длительную проверку на эффективность, надежность и ремонтопригодность в условиях эксплуатации. Выбор того или иного типа клапанов зависит от производительности компрессора, частоты вращения вала и требований Заказчика. Общие подходы по выбору клапанов и их размещению в ступенях изложены в ряде литературных источников [1].

26. Требуемое геометрическое сечение в щели клапанов

На стадии предварительного термодинамического и конструктивного расчета требуемое геометрическое сечение в щели одного полностью открытого клапанаf_щ.1, находят на основании критерия скорости потока газа М

f_щ.1 = с_п·F_п /[z_кл·µ_щ·М_вс·(кRТ_вс)^0.5]

где0.1 ≤ М_вс≤ 0.2 - рекомендуемыйдиапазон критерия М_вс;

z_кл= z_кл.вс=z_кл.нг – число однотипных клапанов, размещенных

в рассматриваемой рабочей полости ступени компрессора;

µ_щ– коэффициент расхода в щели клапана выбранного типа:

для кольцевых и ленточных клапанов - 0.45 ≤ µ_щ ≤ 0.55

для клапанов со сферической тарелкой - 0.55 ≤ µ_щ ≤ 0.65

для прямоточных клапанов - 0.65 ≤ µ_щ ≤ 0.75

27. Эквивалентное сечениеклапановФ_экв

Оно зависит от типа клапана, соотношения сечений в щелиf_щ и в седлеf_с, от формы и геометрии каналов внутри клапана (расширение – сужение – повороты потока), от шероховатости стенок каналови физических свойств газа, протекающего через клапан. Величина Ф_эквопределяется соотношениями:

при Z_кл = 1 Ф_экв = µ_щ· f_щ

при Z_кл> 1 ∑Ф_экв = µ_щ· f_щ.1· Z_кл

По величине ∑Ф_эквиз существующего стандартного ряда клапанов [1]подбирается тип и требуемое количество индивидуальных клапанов с посадочным диаметром d₁ = f(Ф_экв.1), у которых основные геометрические параметры элементов клапаназаведомо известны. В то же время опыт эксплуатации поршневых компрессоров с различными свойствами сжимаемой среды и режимными параметрами показывает, что для повышения надежности работы стандартных клапанов требуется корректировка высоты подъёма клапанных пластин h_кл. Окончательно значение h_клустанавливается в ходе поверочного расчета компрессора с учетом требований по эффективности и ограничения скорости соударения пластин с седлом величиной W_с ≤ 1.5 м/с.

28. Подготовка исходных данных для ввода в программу КОМДЕТ-М

На основе данных, полученных при предварительном термодинамическом расчете, выполняется эскизная проработка конструкции клапанов каждой ступени (полости) сжатия. В ходе эскизной проработки определяется:

• число, геометрические размеры и фактическая масса запорных органов;

• одно или двухстороннее обтекание запорных органов потоком газа;

• соотношение сечений каналов для прохода газа f_щ≤f_с* ≤f_с;

• число клапанных пружин на каждом из подвижных элементов;

• к_μ – коэффициент, учитывающий степень перекрытия клапанов

движущимся поршнем в процессах всасывания и нагнетания;

• коэффициент расхода сложной газодинамической системы µ_щ^* = к_μ·µ_щ.

Ряд исходных данных (С_пр, h_о , …) задаются приближенно и уточняются при контрольных расчетах ступеней на базе прикладной программы КОМДЕТ-М, выходная информация которой содержит сведения о динамике движения запорных органов всасывающих и нагнетательных клапанов.

Перечень исходных данных, необходимых для анализа работы клапанов в составе определенной ступени сжатия с применением программы КОМДЕТ-М, включает следующие позиции:

1.Номер ступени сжатия - 1 (2, 3, … Z)

2.Максимальный перепад давлений на клапане - Δр = р_нг - р_вс

3. Рабочая полость, тип и число клапанов - Пол. А, кольцевой, Z_вс/Z_нг,

4. Число пластин в клапане - Z_пл = 1 (2, 3, … Z)

5. Геометрические размеры пластин - (d_ср.1+ d_ср.2 + …) - b_пл - δ_пл

6. Плотность материала пластин - ρ_пл = … кг/м³

7. Высота подъёма пластин клапана - h_кл = … мм

8. Зазор в закрытом клапане - δ_пл = … мкм

9. Число пружин - (Z_пр.1 + Z_пр.2) = … + …

10. Жесткость пружин - С_пр = … н/м

11. Предварительный натяг пружин - h₀ = … мм

12. Масса пружин - (m_пр.1 + m_пр.2) =…+… гр

13. Ширина канавки в седле - b_кан = … мм

14. Диаметр отверстий в седле - d_c = … мм

15. Число отверстий в седле - (Z_с.1 + Z_с.2) = … + …

Аналогичная подготовительная работа проводится при анализе работы уплотнительных узлов поршней и штоков. Примеры ввода исходных данных в программу КОМДЕТ-М показаныв разделе 7.