1. Тепловой расчёт двухступенчатого поршневого компрессора

   1. Распределение повышения давления по ступеням

Общее номинальное относительное повышение давления компрессором подсчитываем по уравнению:

Выбираем число ступеней сжатия [2, § 4.7]:

z = 2.

Номинальное относительное повышение давления во всех ступенях принимаем одинаковым [2, § 4.4 и уравнения (4.3) и (4.5)]:

Номинальное давление всасывания во II ступень [2, уравнения (4.6) и (4.8)]:

Относительные потери давления на всасывании I ступени [2, уравнения (4.19) и (4.18 а)]:

где А ‒ коэффициент, учитывающий совершенство компрессора [2]:

А = 2,66.

Относительные потери давления во всасывающих клапанах II ступени:

Относительные потери давления на нагнетании (нагнетательных клапанах и межступенчатом охладителе воздуха) I ступени [2, уравнения (4.19) и (4.18 а)]:

Относительные потери давления на нагнетании II ступени определяем без учета концевого охладителя в предположении, что потери происходят только в нагнетательных клапанах. Предполагая по аналогии со всасывающими клапанами, на которые приходится 0,3δ_і, [2, уравнение (4.19)], что в нагнетательных клапанах относительные потери давления равны 0,3δ_і, получим:

Усредненные давления р₁ и р₂ [2 уравнения (4 21) и (4.21 а)]:

Результаты расчетов сведем в таблицу 1.1.

Таблица 1.1 ‒Усредненные давления всасывания и нагнетания

Параметр	I ступень	II ступень
Номинальное давление, МПа:
pвс1	0,1	0,29
pн	0,29	0,85
Усредненное давление в цилиндре, МПа:
p1i	0,096	0,313
p2i	0,28	0,87
	2,9	2,78

2. Определение показателей политроп сжатия и расширения

Политропа сжатия рассчитывается по формуле [1]:

где k =1,4 – показатель адиабаты;

i = 2 – количество ступеней.

где .

Политропа расширения рассчитывается по формуле [1]:

Для 1-го цилиндра:

Для 2-го цилиндра:

3. Определение коэффициента подачи

Составляющие коэффициента подачи определяем следующим образом. Задаемся в соответствии с рекомендациями коэффициентами: дросселирования _дрі, [2, §3.7], подогрева [2, §3.9], плотности _nлi [2, § 3.10]. Объемный коэффициент _0і подсчитываем по формуле [2, уравнение (3.16)]:

Задаемся значением относительного объема а_м = 0,1 для обеих ступеней [2, §3.6]. Значение показателя политропы n = 1,4 [2, уравнение (3.8) или табл. 3.1].

Коэффициенты подачи ступеней находим по уравнению [2, уравнение (3.10)]:

Результаты расчетов сводим в таблицу 1.2.

Таблица 1.2 ‒ Коэффициент подачи и его составляющие:

Коэффициент подачи и его составляющие	I ступень	II ступень
	0,84	0,87
о	0,94	0,94
др	0,95	0,98
	0,98	0,98
	0,96	0,96

4. Определение основных размеров и параметров ступеней

Объем, описываемый поршнем I ступени:

Температуру всасывания II ступени [2, §4.1]:

где ∆Т ‒ недоохлаждение перед II ступенью, принимаем 10 К.

Объем, описываемый поршнем II ступени [2, уравнение (4.28)]:

Предполагаем, что привод компрессора осуществляется от асинхронного электродвигателя через ременную передачу. По условию курсовой работы частотой вращения вала электродвигателя = 750 мин^-1 = 12,5 с^-1.

По заданию курсовой работы выбираем схему вертикального поршневого компрессора (рисунок 1.1)

1 – всасывающий клапан; 2 – нагнетательный клапан; 3 – рабочие полости цилиндра; 4 – шатун; 5 – кривошип (коленчатый вал); 6– поршень

Рисунок 1.1 – Схема двухступенчатого двухцилиндрового

поршневого компрессора простого действия

Для бескрейцкопфного компрессора задаемся средней скоростью поршня C_m = 4 м/с [2, §3.17].

Средняя скорость поршня [2, уравнение (3.60)]:

Описанный объем компрессора простого действия[2, уравнение (1.2)]:

Тогда получим:

откуда

Диаметр I ступени:

Значение D_I округляем до ближайшего стандартного размера диаметра цилиндра по ГОСТ 9515-81 [2, §3.18]:

D_I = 0,145 м.

Рассчитываем полный ход поршня [2, из уравнения (1.2)]:

Округляем ход поршня:

S_n = 0,16 м.

После округления значения хода поршня уточняем среднюю скорость поршня [2, уравнение (3.60)]:

Диаметр цилиндра ІІ ступени:

Округляем D_ІІ до стандартного размера по ГОСТ 9515—81 [2, §3.18]:

D_ІІ=0,085 м.

Проверим значение S_п/D_І и S_пn_о²:

S_п/D_І=0,16/0,145=1,1;

S_пn_о²=0,17 12,5²=25 м/c².

Эти значения S_п/D_І и S_пn₀² соответствуют современным тенденциям [2, §3.17 и 3.18].

Уточняем описанные поршнями объемы после округления диаметров цилиндров и хода поршня:

Площадь поршня для каждой ступени:

Проверяем производительность компрессора с учетом округления основных размеров цилиндра:

V_eI = λ_І V_hІ =0,84 0,033 = 0,0277 м³/c = 27,7 л/c;

V_eII = λ_ІI V_hІI =0,87 0,011 = 0,0096 м³/c = 9,6 л/c.

Согласно ГОСТ 23680-79 производительность компрессора не должна отличаться от номинальной более чем на ±5 %. Основные размеры и параметры ступеней компрессора сводим в таблице 1.3.

Таблица 1.3 ‒ Основные размеры и параметры ступеней компрессора

Параметр	I ступень	II ступень
Число цилиндров	1	1
Диаметр цилиндра D, м	0,145	0,085
Ход поршня Sn, м	0,16	0,16
Частота вращения вала no, с-1	12,5	12,5
Площадь поршня, м2	0,0165	0,0057
Объем, описываемый поршнем, Vh
м3/c	0,033	0,011
л/c	33	11