Расчёт основных размеров ступеней компресора

Расчёт основных размеров ступеней компрессора состоит в определении хода поршней, их площадей и диаметров. В основе расчёта лежит формула подачи, которая на основании сведений, приведенных в § 15.2, может быть представлена в виде:

, (16.5)

откуда следует для секундного рабочего объёма цилиндра

, (16.6)

или, переходя к геометрическим размерам,

, (16.7)

где n – число оборотов вала компрессора в мин; остальные обозначения – см. гл. 15.

Для расчёта рабочего объёма V _{s, 1}, м³, цилиндра ступени необходимо иметь числовые значения , a, ε, n _p, n, λ _T, λ _Г.

Подача при условиях всасывания должна быть задана; относительный объём мёртвого пространства a, показатель политропы расширения n _p и коэффициенты λ _T и λ _Г задаются, как указано в § 15.2 и 15.4.

Частоту вращения принимают в зависимости от подачи компрессора. Компрессоры малой подачи соединяются с двигателем непосредственно эластичной муфтой, и для них n = 730 об / мин. Компрессоры средней подачи приводятся в движение также от асинхронных электродвигателей, но через клиноремённую передачу, и в этом случае n = 400 – 500 об / мин. Крупные компрессоры приводятся в движение синхронными двигателями с n = 125 и 167 мин.

Степень повышения давления ступени компрессора определяется по данным § 16.1. При принятом числе ступеней z и заданных начальном и конечном давлениях p ₁ и p _к степень сжатия ступени определяется соотношением

, (16.8)

где ε _к = p _к / p ₁; λ _ε – коэффициент, учитывающий потери давления в промежуточных охладителях. В ориентировочных расчётах можно принимать λ _ε ≈ 0, 93 одинаковым для всех ступеней.

Рабочий объём цилиндра определяется площадью поршня Ω _п и его ходом S:

V _р = S Ω _п . (16.9)

Для ступени компрессора, образованной поршнем одного диаметра D ₁:

. (16.10)

Для ступени, образованной дифференциальным поршнем с диаметрами D ₁ и D ₂:

. (16.11)

Из уравнений (16.10) и (16.11) можно определить ход поршня и диаметры, приняв отношение S / D ₁, рекомендуемое практикой. Для вертикальных бескрейцкопфных компрессоров S / D ₁ = 0, 5, для горизонтальных крейцкопфных компрессоров S / D ₁ = 0, 6 – 0, 9.

Определение размеров цилиндров отдельных ступеней многоступенчатых компрессоров производится с учётом последовательного уменьшения объёма сжимаемого газа.

Пример 16.1. Определить основные размеры и мощность горизонтального компрессора с дифференциальным поршнем, если известно, что = 10 м³ / мин; p ₁ = 0, 1 МПа; p _к = 0, 9 МПа.

Охлаждение происходит в промежуточном охладителе до начальной температуры t = 25 ْ C.

Решение. Принимаем число ступеней z = 2. Газовым сопротивлением при входе в цилиндр пренебрегаем.

По указанному в (16.8)

=3, 1.

Промежуточное давление за первой ступенью

р _пр = ε p ₁ = 3, 1 · 0, 1 = 0, 31 МПа.

Рабочий объём цилиндра первой ступени по формуле (16.7) при a = 0, 03; n _p = 1, 2; λ _T = 0, 92; λ _Г = 0, 97; n = 500 об / мин:

м³,

поэтому 0, 785 = 0, 0235. Принимаем S / D ₁ = 0, 7. Для определения D ₁ имеем уравнение 0, 0235 = 0, 55 , откуда следует D ₁ = 350 мм; S = 250 мм.

При охлаждении в промежуточном охладителе до начальной температуры

0, 0235 = 0, 0082 м³.

Из уравнения (16.11) получаем

0, 285 м;

D ₂ = 285 мм.