Фгбоу впо «башкирский государственный аграрный университет»

Факультет Энергетический

Кафедра Теплотехники и энергообеспечения

предприятий

Специальность 140106 Энергообеспечение предприятий

Специализация 140106 Энергообеспечение

предприятий АПК

Форма обучения заочная

Курс, группа 4с

(Фамилия, имя, отчество студента)

Контрольная работа на тему «Расчет поршневого компрессора»

по дисциплине СД.07 «Тепловые двигатели и нагнетатели»

«К защите допускаю»: Руководитель

(ученая степень, звание, Ф. И. О.)

____________________

(подпись)

“___”_____________20___г.

Оценка при защите

_________________

_________________

(подпись)

“___”________20___г.

Уфа 2011

Оглавление

Введение 3

1 Задание на КР. Исходные данные 4

2 Определение параметров воздуха после 1 и 2 ступеней компрессора. Массовая производительность компрессора 6

3 Построение процесса сжатия в первой ступени на pv-диаграмме 8

4 Техническая работа политропного и изотермического сжатия. Мощность компрессора 10

5 Определение поверхности охлаждения промежуточного охладителя воздуха 11

Заключение 12

Библиографический список 13

ВВЕДЕНИЕ

Большинство современных технологических процессов связано с перемещением потоков жидких и газообразных сред, для чего используются нагнетатели - машины, служащие для перемещения жидкостей и газов, и повышения их потенциальной энергии. И поэтому нагнетатели имеют широкое применение в промышленности, сельском хозяйстве.

Выбор темы обусловлен тем обстоятельством, что потребители сжатого воздуха имеются на любом предприятии АПК, что вызывает необходимость установки компрессорных агрегатов.

Контрольная работа преследует следующую основную цель: усвоение принципов работы и расчета поршневых компрессоров (ПК).

1 Задание на кр. Исходные данные

Исходные данные для варианта №71:

• давление на выходе

• производительность компрессора ;

• показатель политропы

В двухступенчатом двухцилиндровом ПК простого действия (рисунок 1) воздух сжимается от давления =0,1 МПа, при t=27°С до давления (согласно исходных данных). Степень повышения давления в обеих ступенях является одинаковой

. (1)

Стенки цилиндров первой ступени (ЦПС) и второй ступени (ЦВС) охлаждаются водой с одной интенсивностью, поэтому процессы сжатия в обеих ступенях происходят по политропе с одинаковым показателем n. После первой ступени в промежуточном охладителе воздух охлаждается при постоянном давлении до начальной температуры . Производительность компрессора при параметрах на всасывании (, ) равна . Для рабочего тела (воздуха) следует принять, что температура воздуха на выходе из обеих ступеней одинакова ( = ).

Рисунок 1 Схема двухступенчатого двухцилиндрового ПК простого действия: 1 - цилиндр первой ступени (низкого давления); 2 - промежуточный охладитель воздуха; 3 - цилиндр второй ступени (высокого давления); 4-коленчатый вал; 5 - маховик; 6 - штоки; 7 - шатуны; 8 – поршни.

Требуется определить:

1. Давление воздуха после первой ступени .

2. Температуру в конце сжатия в каждой ступени и .

3. Объемный расход сжатого воздуха после первой ступени и после второй ступени .

4. Производительность компрессора по массе сжатого воздуха G.

5. Изменение внутренней энергии ΔU и энтальпии Δh каждой ступени.

6. Количество теплоты, отводимое водой от воздуха при сжатии в каждой ступени q, а также в промежуточном охладителе и, соответственно, расход охлаждающей воды на цилиндры и промежуточный охладитель полагая, что вода в них нагревается от =10°С входе и до =20°С на выходе.

7. Построить в pv-координатах по точкам графики процесса сжатия по политропе и изотерме для первой ступени с графическим изображением затрачиваемой технической работы.

8. Затрачиваемую техническую работу политропного lп и изотермического lи сжатия.

9. Теоретическую (Nи) и действительную (Nе) мощность, потребляемую компрессором, если его изотермический к.п.д. =0,7.

10. Поверхность охлаждения промежуточного охладителя воздуха при противотоке, принимая коэффициент теплопередачи от воздуха к воде К=20 Вт/(м²·К).

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУХА ПОСЛЕ ПЕРВОЙ И ВТОРОЙ СТУПЕНЕЙ КОМПРЕССОРА. МАССОВАЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ КОМПРЕССОРА

2.1 Давление воздуха после первой ступени компрессора определяется из соотношения (1):

,

2.2 Температура в конце сжатия подсчитывается исходя из закономерностей политропного процесса:

,

где – температура воздуха, К;

n – показатель политропы.

Исходя из соотношения (1) и равенства показателя политропы n для процессов сжатия в обеих ступенях по заданию получаем, что температура воздуха на выходе из обеих ступеней одинакова, т.е..

2.3 Объемный расход сжатого воздуха после первой ступени при давлении и температуре :

,

после второй ступени при давлении и температуре :

,

2.4 Массовая производительность компрессора G подсчитывается с помощью уравнения состояния Клапейрона:

,

где – давление на входе, кПа;

– производительность компрессора при параметрах на всасывание, м³/ч;

R – газовая постоянная воздуха, Дж/(кг·К), R=287 Дж/(кг·К).

2.5 Изменение внутренней энергии в процессе сжатия в первой ступени:

,

где – изохорная теплоемкость воздуха, кДж/(кг·К).

,

где k=1,4 показатель адиабаты для воздуха

следовательно .

Изменение энтальпии в том же процессе:

где – теплоемкость политропного процесса при, кДж/(кг·К).

Поскольку , то подсчитанные величины ΔU и Δh одинаковы для обеих ступеней.

2.6 Теплота политропного процесса сжатия в ЦПС:

,

По указанной выше (п. 2.5) причине теплота q одинакова как для первой, так и для второй ступеней.

Теплота q отводится из каналов охлаждения «рубашек» цилиндров с охлаждающей водой.

Расход охлаждающей воды на ЦПС подсчитывается из уравнения теплового баланса:

где – разность температур охлаждающей воды на выходе и входе;

=4,19 кДж/(кг·К) – массовая теплоемкость воды.

Расход воды на ЦВС будет таким же, т.е. Gw2= Gw1.

2.7 Отводимая от воздуха теплота в промежуточном охладителе при p2=const:

.

3 ПОСТРОЕНИЕ ПРОЦЕССА СЖТИЯ В ПЕРВОЙ СТУПЕНИ НА pv-ДИАГРАММЕ

3.1 Построение кривой политропного процесса производится следующим образом. Подсчитываются удельные объемы в начальном (при , ) и конечном (при , ) состояниях:

По параметрам , в выбранных масштабах наносится на график (рисунок 2) точка 1, по , - точка 2. Вычислим данные для построения промежуточных точек а, b, с:

;

;

;

3.2 Построение кривой изотермического процесса 1-2 (рисунок 2) производится из той же начальной точки 1. Удельные объемы для конечного состояния (точка 2^I) и промежуточных точек изотермы а, b, с подсчитаем исходя из уравнения изотермического процесса:

;

;

;

.

Из построенной pv – диаграммы видно, что затрачиваемая техническая работа при изотермическом сжатии будет меньше, чем при политропном сжатии.