Герметичный поршневой компрессор холодопроизводительностью 0,2 кВт

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО РЫБОЛОВСТВУ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«КАМЧАТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

КАФЕДРА «ХОЛОДИЛЬНЫЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ»

Курсовой проект

по дисциплине «Низкотемпературные машины»

Тема

Герметичный поршневой компрессор холодопроизводительностью 0,2 кВт

Выполнил: курсант гр. 14ХТб _____________ Ш.Д.Урунбаев

Руководитель: доцент ________________ И. П. Сарайкина

г. Петропавловск-Камчатский 2017 г.

Реферат

Курсовой проект 1 лист чертежа, пояснительная записка 16 стр. , 5 рисунков, 5 таблиц, библиография 1 источник, 5 приложения.

Тепловой расчет, выбор конструкции и оптимизация основных параметров компрессора, расчет газового тракты компрессора, динамический расчет, силы инерций.

Объектом исследования является герметичный поршневой компрессор.

Цель курсового проекта заключается в разработке конструктивного решения герметичного поршневого компрессора.

Разработан технический проект компрессора работающий с температурой кипения -15 и температурой конденсации +30 и холодопроизводительностью 0,2 кВт. Выполнен расчет тепловой баланс в рабочем режиме. Произведен выбор конструкции и оптимизация основных параметров компрессора, а также расчет газового тракта компрессора для расчета клапанов.

Динамический расчет для определения сил моментов, действующих в компрессоре в зависимости от угла поворота коленчатого вала. А также расчет сил инерции для графического подтверждения надежности работы компрессора. Разработана конструкция герметичного поршневого компрессора и выполнен чертеж общего вида компрессора. Подобран электродвигатель. Проведен расчет степени неравномерности вращения.

Содержание

1. Тепловой расчет компрессора в рабочем режиме

2. Выбор конструкции и оптимизация основных параметров компрессора.

3. Расчет газового тракты компрессора

4. Динамический расчет

4.1 Силы инерций

5. Подбор электродвигателя компрессора

6. Расчет степени неравномерности вращения

Список литературы

Введение

Компрессоры малых холодильных машин, в том числе при­меняемых в торговом холодильном оборудовании, классифицируют по конструктивному признаку на герметичные, сальниковые, бессальниковые (полугерметичные), по принципу работы на поршневые и ротационные.

Герметичные компрессоры выпускают поршневые с электродвигателями трехфазного и однофазного переменного то­ка, ротационные с электродвигателями однофазного переменного тока, сальниковые - поршневые, бессальниковые - поршневые со встроенными электродвигателями трехфазного переменного тока.

Различают три типа герметичных компрессоров: фреоновые поршневые ФГ, фреоновые поршневые экранированные ФГэ, фреоновые ротационные ФГр. По режиму работы компрессоры бы­вают трех исполнении: С - среднетемпературные с номинальной температурой кипения хладагента - -15°С; В - высокотемпера­турные - +50С, H -низкотемпературные - -350С. Компрессоры среднетемпературные .обозначают ФТС, ФГрС и ФГэС; низкотемпе­ратурные - ФГН, высокотемпературные - ФТВ, ФГрВ. Компрессоры ФГС, ФГрС и ФГэС предназначены для среднетемпературного, ФГН-для низкотемпературного торгового холодильного оборудова­ния; ФГВ и ФГрВ - для автоматов газированной воды, охладителей напитков, осушителей воздуха и кондиционеров.

Среднетемпературные компрессоры работают на хладагенте R12. В технически обоснованных случаях можно использовать также хладагентR22. Низкотемпературные компрессоры работают на хладагентеR22 иR502, высокотемпературные - наR12 иR22.

Герметичный компрессор имеет встроенный электродвига­тель. Статор последнего отделен от ротора экраном из нержа­веющей стали, приваренным к кожуху компрессора.

Преимущества герметичных компрессоров .по сравнению с сальниковыми и бессальниковыми заключаются в следующем: они надежнее в работе, обладают меньшей массой и габаритами. Од­нако сальниковые и бессальниковые компрессоры характеризуют­ся более высокой ремонтопригодностью даже в условиях эксплу­атации.

По частоте вращения компрессора разделяют на имеющие синхронную частоту 25 и 50 с-1(притоке частотой 50Гц), 30 и 60с-1(при 60Гц), 50 и 66,7с-1при 400Гц). В настоящее время изготавливают модели с частотой 50 и 60с-1.Классификация герметичных компрессоров

По числу цилиндров компрессоры могут быть с 1, 2, 3, 4 и более цилиндрами.

Герметичные компрессоры могут иметь в кожухе давление всасывания или давление нагнетания (поршневые компрессоры, как правило, имеют в кожухе давление всасывания, ротационные - давление нагнетания).

По производительности компрессоры с объемом, описан­ным поршнями до 3,5 дм3/с(около 12,5м3/ч) относят к малым, а с объемом более 3,5дм3/с- к крупным.

К поршневым герметичным относят также экранированные компрессоры, ротор двигателя которых отделен от статора тон­костенным экраном, приваренным к кожуху (ротор омывается холодильным агентом, статор - воздухом). Экранированные компрессоры характеризуется повышенной ремонтопригодностью, но энергетически они менее эффективны, чем герметичные и имеют худшие виброакустические характерис­тики.

Малые герметичные поршневые компрессоры используют в бытовых холодильниках и в торговом оборудовании малой емкос­ти (прилавки, витрины, охладители напитков, льдо-генераторы и др.) преимущественно полностью монтируемом на заводе из­готовителе.

Крупными герметичными компрессорами комплектуют машины для охлаждения воды и других жидких теплоносителей, торговое холодильное оборудование большой емкости, специализи­рованные машины для с.-х., автономные кондиционеры, термока­меры и др. Окончательная сборка таких машин, как правило, производится на месте эксплуатации.

1.Тепловой расчёт компрессора в рабочем режиме

Принципиальная схема одноступенчатой холодильной машины с регенеративным теплообменником рис 1.1.

компрессор холодильный электродвигатель вращение

Рис.1. Принципиальная схема одноступенчатой холодильной машины с регенеративным теплообменником: И- испаритель; КМ- компрессор; КД- конденсатор; РТО- регенеративный теплообменник; РВ- регулирующий вентиль

По исходным данным (t0, tk) выполняем построение цикла одноступенчатой паровой машины в диаграмме i, lgp.

Далее представлен цикл работы одноступенчатой парокомпрессионной холодильной машины с регенеративным теплообменником и компрессором со встроенным электродвигателем рис. 1.2.

Производим тепловой расчёт одноступенчатой холодильной машины:

Параметры состояния холодильного агента в узловых точках цикла, снятые с диаграммы или выбранные из таблиц насыщенных паров заносят в табл 1.1.

Таблица 1.1. Параметры узловых точек цикла работы ХМ.

Параметр	1,,	1	2	3,	3	4
p, Мпа
t, 0С
i, кДж/кг	545
v, м3/кг		0,12	0,03

В процессе теплового расчета определяем:

1) Удельную массовую холодопроизводительность:

2) Массовую производительность компрессора:

3) Объёмную действительную производительность компрессора

Удельный объём паров хладагента берётся в состоянии, соответствующем всасыванию в компрессор.

4) Объём, описываемый поршнями компрессора

где л - коэффициент подачи, который определили из опытных графиков [1] для сходных компрессоров по зависимости от степени сжатия Рк/Р0 =4

5) теоретическую (адиабатную) удельную работа компрессора

6) Теоретическую (адиабатную) мощность компрессора:

7) Теоретический холодильный коэффициент:

8) Индикаторную мощность компрессора.

9) Эффективную мощность (мощность на валу компрессора)

где Nтр - мощность трения, кВт:

где Ртр= (50 ч 70) = 60 кПа (для R22) - усл. Вел. Среднее давление трения

10) Эффективный коэффициент полезного действия



11) Электрическую мощность (мощность, потребляемая электродвигателем)

где ?э - КПД электродвигателя в зависимости от типа и мощности который находится в пределах ?э = ( 0,8 ч 0,9 ) = 0,8

12) Эффективный холодильный коэффициент:

13) Для компрессоров со встроенными электродвигателями эффективный коэффициент по формуле

?а = Q0 / Nэ = 2 / 0,1 = 20

Вывод: На основании проведенных расчётов, у герметичного поршневого компрессора, объем описываемый поршнем компрессора = 0,00016

2. Выбор конструкции и оптимизация основных параметров компрессора

1.Задаемся величиной , определяемой как отношение:

Где S - ход поршня м

D - диаметр поршня м

Для современных компрессоров можно рекомендовать следующие значения :

- для герметичных компрессоров = 0,5 - 0,7

2.Выбраем число цилиндров z = 1,2

3.Выбраем частоту вращения вала компрессора n=16, 24, 48

4.Рассчитываем диаметр поршня D

5.Определяем ход поршня S

6.Определяем среднюю скорость поршня

7.Рассчитываем параметр удельных сил инерции



Расчетные данные приведены в табл. 2.1. Приложение №1.

Подбирая различные сочетания определяем величину диаметра цилиндра D и ход поршня S. Проверяем значение средней скорости поршня и параметр удельных сил инерции . Все результаты заносятся в таблицу и выделяем те значения D , которые соответствуют рекомендуемым значениям и , из всех значений подбираем допустимый D=0,01 м, S=0,01 м, =1,95 м/с, =6,71

3. Расчет газового тракта компрессора

Средняя скорость пара во всех сечениях газового тракта рассчитывается из условия сплошности потока по уравнению

где-- средняя скорость пара в рассматриваемом сечении, м/с;

- площадь соответствующего сечения

- средняя скорость поршня м/с

- площадь поршня

В таблице 3.1. представлены значения рекомендуемых средних скоростей пара в различных проходных сечениях одноступенчатых компрессоров.[1]

Таблица 3.1.

Средние скорости пара в проходных сечениях ,м/c R12
Всасывающий патрубок (вентиль) 12 м/с
Всасывающий клапан:
седло и розетка 17 м/с
щель 25 м/с
Нагнетательный клапан:
седло и розетка 22 м/с
щель 25 м/с
Нагнетательный клапан (вентиль) 17 м/с

Всасывающий патрубок компрессора.

Диаметр всасывающего патрубка м:

Где принятая скорость пара хладагента во всасывающем патрубке м/с.

Проверяем

Нагнетательный патрубок компрессора.

Диаметр нагнетательного патрубка

Где принятая скорость пара хладагента в нагнетательном патрубке м/с.

удельные объемы паров хладагента на нагнетании и всасывании компрессора соответственно.

Проверяем

Язычковый всасывающий клапан.

Площадь проходного сечения щели всасывающего язычкового клапана

= (1,95 * 0.000314) / 25= 0.0002 ()

Найдем длину пластины язычкового всасывающего клапана

L = 2/ h = (2 * 0.0002) / 0,0011 = 0,36 (м)

-где h=1-1,1 для n=48 принятая высота подъема рабочей пластины клапана. [1]

Найдем диаметр отверстия в седле язычкового всасывающего клапана

= 0,0004(м)

Язычковый нагнетательный клапан.

Площадь проходного сечения щели нагнетательного язычкового клапана

= (1,95* 0.000314) / 30 = 0.0002 ()

Найдем длину пластины язычкового нагнетательного клапана

L = 2/ h = (2 * 0.0002) / 0,0011 = 0.36 (м)

-где h=1-1,1 для n=48 принятая высота подъема рабочей пластины клапана. [1]

Найдем диаметр отверстия в седле язычкового нагнетательного клапана

= 0,0004 (м)

4. Динамический расчет

Массы неуравновешенных движущихся частей компрессора

Неуравновешенные массы вала:

0,14+0,06*0,51= 0,17 кг

0,000019*7800= 0,14кг

0,000008*7800= 0,06кг

Масса шатуна:

0,000008*7800= 0,06 кг

1/3*0,06= 0,02кг - движется поступательно вместе с поршнем

2/3*0,06= 0,04кг - вращаются вместе с валом

Масса поршневой группы

Масса поршня:

0,00025*0,028*7800 = 0,05 кг

Общая масса частей, движущихся возвратно-поступательно:

Общая масса вращающихся частей:



Расчетно-индикаторная диаграмма (рис. 4.1.) Приложение №2

4.1 Силы инерции

Силу инерции поступательно движущихся частей механизма компрессора Is (в H) представляем в виде суммы:

где сила инерции первого порядка с периодом изменения 2р;

где сила инерции второго порядка с периодом изменения р.

Силу инерции считаем положительной, если она направлена к центру коленчатого вала и вызывает в шатуне сжатие. Линия действия - ось цилиндра.

Амплитуды и связаны равенством

Где = 0,14 - величина отношения радиуса кривошипа R к длине шатуна L (R, L определяют из чертежа).

Результаты расчета сил инерции заносим в табл. 4.1.

табл. 4.1 Силы инерции движущихся частей механизма компрессора

0	1,000	0,14	-706
15	0,966	0,12	-682
30	0,866	0,1	-611
45	0,707	0	-499
60	0,500	-0,1	-353
75	0,259	-0,12	-183
90	0,000	-0,14	0
105	-0,259	-0,12	183
120	-0,500	-0,1	353
135	-0,707	0	499
150	-0,866	0,1	611
165	-0,966	0,12	682
180	-1,000	0,14	706
195	-0,966	0,12	682
210	-0,866	0,1	611
225	-0,707	0	499
240	-0,500	-0,1	353
255	-0,259	-0,12	183
270	0	-0,14	0
285	0,259	-0,12	-183
300	0,500	-0,1	-353
315	0,707	0	-499
330	0,866	0,1	-611
345	0,966	0,12	-682

Центробежная сила неуравновешенных вращающихся масс

- постоянна по величине и направлена по радиусу кривошипа.

Построение диаграммы свободных усилий

Свободное усилие P (H):

Для переноса значений газовых сил с индикаторной диаграммы на , P - -диаграмму используют метод Брикса рис. 4.2.

Газовая сила:

Сила трения поступательно движущихся частей (условно принимается постоянной):

0,65*(6,4/1,95*1)= 2,13 (H)

Диаграмма сил инерции поступательно движущихся частей механизма компрессора рис. 4.2 Приложение №3.

Построение диаграммы тангенциальных сил

тангенциальная сила

где -основная часть тангенциальная сила

0,35*(6,4/1,95)= 1,14(H)

Результаты заносим в табл.4.2.

Табл.4.2. Тангенциальные силы

	P,H		,H
0	0	0	0
15	415	-0,894	-371
30	210	-0,880	-184
45	-142	0,868	123
60	-233	0,883	194
75	-179	0,876	156
90	0	0	0
105	215	-0,881	-189
120	351	-0,891	-312
135	410	-0,894	-366
150	351	-0,891	-312
165	215	-0.881	-189
180	0	0	0
195	-310	0,890	275
210	-551	0,898	495
225	-642	0,900	578
240	-1106	0,902	998
255	-1624	0,905	1470
270	-2260	0,906	2048
285	-2497	0,906	2262
300	-2429	0,906	2201
315	-2188	0,906	1982
330	-1533	0,904	1386
345	-715	0,900	644

Диаграмма тангенциальных сил (рис.4.3.) Приложение №4

5. Подбор электродвигателя компрессора

При расчетах по второму расчетному режиму не учитываем силы трения, и максимальная мощность Nmax (в кВт) определяется по формуле:

где Vh - объем, описываемый поршнями компрессора, м3/с;

- среднее индикаторное давление.

6. Расчет степени неравномерности вращения

?1/10 - следовательно степень неравномерности вращения не превышает допустимых показателей.

Список литературы

1. Сарайкина И.П. Компрессорные машины Курсовое проектирование поршневого холодильного компрессора [Текст] / Ю.А.Сарайкина. - Петропавловск-Камчатский : Издательство КГТУ, 2007. - 126 с.

2. Гаврилов С.В. Учебные работы разработка и оформление. [Текст] / С.В. Гаврилов - Петропавловск-Камчатский : Издательство КГТУ , 2005. - 73 c.

Размещено на Allbest.ru