Диплом до 1.06 2. Тепловой и конструктивный расчеты поршневого холодильного компрессора Классификация компрессоров
 Скачать 3 Mb.
|
|
Содержание Введение Глава 1. Тепловой и конструктивный расчеты поршневого холодильного компрессора 1.1. Классификация компрессоров 1.2. Выбор схемы холодильной машины и рабочего вещества 1.3. Конструктивный расчет компрессора Глава 2. Динамические расчеты поршневого компрессора 2.1. Расчет сил и моментов, действующих на механизмы движения 2.2. Уравновешивание 2.3. Расчет маховика Глава 3. Расчеты на прочность деталей поршневого компрессора и теплообменных аппаратов 3.1. Расчет коленчатого вала по статическим нагрузкам 3.2. Расчет подшипника на грузоподъемность, шатуна, поршневого пальца, гильзы цилиндра 3.3 Конденсатор водяной горизонтальный кожухотрубный 3.4 Испаритель горизонтальный кожухотрубный затопленного типа Глава 4. Автоматизация холодильной машины Заключение Список используемых источников Введение На рубеже веков техника низких температур проникла во все сферы деятельности человека. Без ее применения невозможно дальнейшее развитие цивилизации. О масштабах применения техники низких температур говорит тот факт, что доля потребления электроэнергии холодильным оборудованием, включая системы кондиционирования воздуха и бытовые холодильники, в общем энергобалансе развитых стран оценивается в 15÷20%. Высокая энергоэффективность холодильных систем может быть обеспечена созданием и применением более экономичных компрессоров и теплообменных аппаратов, использованием соответствующих хладагентов, оптимизацией схемных решений, оптимальным регулированием работы систем холодоснабжения, комплексным применением холодильной техники и низкопотенциальной энергетики. В данной работе рассмотрены методики, применяемые для расчета поршневого компрессора. Зная холодопроизводительность поршневого компрессора, при заданных температурных условиях его работы можно выбрать хладагент, тип компрессора, число цилиндров и его геометрические размеры. Цель выпускной квалификационной работы – разработка поршневого компрессора линии подачи хладагента В соответствии с целью, задачами выпускной квалификационной работы являются следующие: рассмотреть тепловой и конструктивный расчеты поршневого холодильного компрессора; выполнить динамические расчеты поршневого компрессора; провести расчеты на прочность деталей поршневого компрессора и теплообменных аппаратов Тепловой и конструктивный расчеты поршневого холодильного компрессора Классификация компрессоров По принципу работы все компрессоры можно разделить на ряд основных типов, классификация которых изображена на рисунке 1.  Рисунок 1.1 — Классификация компрессоров Поршневые компрессоры появились одними из первых и как нельзя лучше отражают принцип действия объемных компрессоров. Кривошипно-шатунный механизм, приводимый в движение валом, обеспечивает возвратно-поступательное движение поршня в цилиндре. Тем самым рабочая камера, ограниченная поршнем и цилиндром, последовательно изменяет свой объем в зависимости от положения поршня. Система односторонних клапанов предотвращает протечку газа в обратном направлении.  Рисунок 1.2— Схема поршневого компрессора Конструктивные особенности так же позволяют разделить эти устройства на подгруппы. По конструкции рабочей камеры компрессоры могут быть одинарного и двойного действия. Во втором случае поршень имеет меньшую толщину и делит рабочую камеру на две части. При его движении в одной части камеры происходит сжатие газа и его подача в выходной патрубок, а вторая часть при этом заполняется газом из входного патрубка. Тем самым за один оборот вала происходит два цикла сжатия. По количеству цилиндров поршневой компрессор может быть одноцилиндровым, двухцилиндровым и т.д. Если газ последовательно претерпевает сжатие в нескольких цилиндрах компрессора, то такой компрессор называют многоступенчатым, а количество ступеней определяет количество пройденных цилиндров. Существуют поршневые компрессоры следующих типов: - Коаксиальные поршневые компрессоры - Ременные поршневые компрессоры Для коаксиальных компрессоров характерно то, что муфта соединяет коленвал с электрическим приводом, что обеспечивает исключение потерь мощности вследствие трения. Конструктивное исполнение данных компрессоров довольно компактно. Данные компрессорные агрегаты отличаются методами смазки. Цилиндропоршневую группу безмасляных компрессоров данного типа смазывать не надо. Сжатый воздух на выходе подобных устройств не имеет масляных примесей. Для ременных компрессоров характерно то, что ременная передача соединяет коленвал с электроприводом, что обеспечивает высокую производительность и продолжительность эксплуатации. Компрессоры данного типа могут работать по несколько часов, причём непрерывно.  Рисунок 1.3 — Схема коаксиального и аксиального поршневого компрессора В зависимости от положения цилиндров поршневые компрессоры делят на устройства: с горизонтальным расположением, вертикальным, угловым, V-образным и оппозитные. Вертикальное расположение цилиндров относится к вертикальным компрессорным устройствам. У горизонтальных компрессоров цилиндры могут быть размещены с одной стороны коленвала, соответственно, они называются горизонтальными компрессорами с односторонним размещением цилиндров. Если же цилиндры располагаются по обе стороны вала, то компрессоры носят название компрессоров с двухсторонним размещением цилиндров. У угловых компрессоров цилиндры размещены в одних рядах вертикально, а в других - горизонтально. Это прямоугольные компрессоры. У угловых компрессоров цилиндры могут быть наклонены, установлены Vобразно и W-образно. Такие компрессоры носят название, соответственно, V- и W-образных компрессоров.  Рисунок 1.4 — Схема расположения цилиндров Оппозитное исполнение типично для компрессоров с крупной и средней производительностью. Оппозитные компрессоры - это горизонтальные устройства, оснащенные поршнями, совершающими встречные движения. Цилиндры их размещены по обеим сторонам коленвала. Данные поршневые компрессоры высокодинамичны, уравновешенны, имеют малые габариты и небольшой вес. Благодаря этому оппозитные компрессоры почти совсем вытеснили крупногабаритные горизонтальные компрессоры. Оппозитное исполнение типично для компрессоров с крупной и средней производительностью. Оппозитные компрессоры - это горизонтальные устройства, оснащенные поршнями, совершающими встречные движения. Цилиндры их размещены по обеим сторонам коленвала. Данные поршневые компрессоры высокодинамичны, уравновешенны, имеют малые габариты и небольшой вес. Благодаря этому оппозитные компрессоры почти совсем вытеснили крупногабаритные горизонтальные компрессоры.  Рисунок 1.5— Схема оппозитного расположения цилиндров Специфика применения промышленных компрессоров часто требует от них возможности работать длительное время с кратковременными остановками или вообще без них. В этом случае большое значение начинают играть факторы, которые оказались бы малозначимыми при прочих условиях. Так длительное воздействие на компрессор вибраций не только сокращает срок его службы, но и может привести к механическим повреждениям и ускоренному выходу отдельных деталей из строя. Для снижения создаваемых вибраций может быть использована оппозитная схема расположения поршней, при которой их оси параллельны, а сами поршни расположены по разные стороны от коленчатого вала. Таким образом, достигается зеркальность создаваемых ими усилий, что, в свою очередь, приводит к их взаимной компенсации. Не менее важным является не только подбор оптимальной конструкции компрессора, но и использование современных материалов, позволяющих как значительно повысить базовые характеристики машины, так и без потерь применить более сложные схемы работы машины. Так рабочая камера в рассматриваемом варианте является двойного действия, то есть имеет парное количество входных и выходных клапанов, а процессы всаса и нагнетания происходят в них попеременно как при прямом, так и при обратном ходе поршня. Надежное разделение пространств двух рабочих камер обеспечивается использованием поршневых колец, выполненных их специальных материалов. Дополнительно компрессор может иметь систему контроля состояния этих колец, следящую за состоянием их износа. Подобная система в состоянии не только отслеживать текущее состояние, но и прогнозировать остаточный срок службы и предупреждать о вероятности скорого выхода кольца из строя. Кроме того поршневые компрессоры классифицируют по назначению на 4 группы: 1. Компрессоры бытового назначения. Этот тип оборудования отличается малыми габаритами, возможностью передвижения, потребностью в небольшом количестве сжимаемого вещества, непродолжительным использованием, невысоким уровнем шума и практически отсутствием необходимости в техническом обслуживании. Бытовые компрессоры обычно создают давление до 8 бар. Продолжительный и интенсивный режим работы такого класса компрессоров может привести к значительной поломке, затраты на ремонт которой будут соизмеримой с покупкой нового агрегата. Данный класс компрессоров обычно используют в ремонтных мастерских, на станциях технического обслуживания автомобильного транспорта, в строительстве. 2. Полупрофессиональные компрессоры. Давления до 16 бар, могут перекачивать до 2 куб. м/мин. Надежны в работе. К недостаткам можно отнести шумную работу, требуют периодического ремонта. У данного типа компрессора масло в сжатом воздухе содержится много, поэтому они не отличается экономичностью. Потребители – частные лица и малый бизнес. 3. Промышленные компрессоры. Оборудование данного типа нашли свое применение на разных участках технологического цикла в технических отраслях. Предприятия легкой и тяжелой промышленности, автомастерские, крупных производители. Медицинские компрессоры, оснащаются осушителем адсорбционого типа, шумозащитный корпус. Ресивер с обработкой против коррозии. Компрессоры высокого давления. Максимальное рабочее давление на выходе до 60 бар обеспечивается при помощи мощного электродвигателя. 4. Компрессоры без смазки цилиндров. они сжимают разные газы и необходимы в производстве, где на выход должна идти чистая сжимаемая среда, не содержащая масло. Компрессоры без смазки цилиндров работают без ремонта более продолжительное время. Выбор схемы холодильной машины и рабочего вещества Выбирается схема холодильной машины с регенеративным теплообменником, сальниковым компрессором, горизонтальным кожухотрубным водяным конденсатором и горизонтальным кожухотрубным испарителем затопленного типа. В качестве рабочего вещества принимаем хладон “R-134a” (тетрафторэтан CH2FCF3). Хладагент R-134a невоспламеняющийся и невзрывчатый фторуглеводород. Преимуществом этого хладагента по сравнению с другими является то, что при прочих равных условиях его использование уменьшает габариты и массу холодильной машины. Строим цикл холодильной машины в i-p диаграмме (рис. 1.6).  Рис. 1.6 – Цикл холодильной машины в i–p диаграмме Исходные данные: Холодопроизводительность компрессора Qo = 20 кВт. Температура кипения to = –10°С. Температура конденсации tк = +35°С. Рабочее вещество: R134а. Перегрев рабочего вещества перед компрессором: Δtпер = 20°С. Параметры узловых точек представлены в таблице 1.1 Таблица 1.1 – Параметры узловых точек
|