5. Определение температуры нагнетания

Принимая, что сжатие воздуха происходит по адиабате ( ), находим температуру нагнетания [2, уравнение (2.14)]:

Т_н=Т_всε^(k-1)/k

Расчет сведен в таблице 1.4.

Таблица 1.4 ‒ Данные к определению температуры нагнетания:

Параметр	I ступень	II ступень
Твс, К	303	313
εц	2,9	2,78
εц(k-1)/k	1,36	1,34
Тн, К	412,08	419,42

Допустимой является температура нагнетания до 440 К.

6. Определение мощности привода компрессора

Определяем индикаторную мощность ступени компрессора, используя упрощенную схематизированную диаграмму [см. рис. 3.6 и уравнение (3.40)]:

N_инд.ст=p₁V_hΘ (ε_ц^(n-1)/n-1),

где Θ ‒ коэффициент, учитывающий возвращение энергии в процессе обратного расширения:

Θ =1-а_м(ε_ц^1/n-1);

Θ_І =1-0,1·(2,9^1/1,4 -1)=0,889;

Θ_II =1-0,1·(2,78^1/1,4 -1)=0,892;

Тогда индикаторные мощности по ступеням:

N_индІ=0,096 0,033 0,889· ·(1,36^(1,4-1)/1,4-1)·10⁶ = 3,54 кВт,

N_индІІ=0,313 0,011 0,892· ·(1,34^(1,4-1)/1,4-1)·10⁶ = 3,65 кВт.

Индикаторная мощность компрессора равна сумме индикаторных мощностей ступеней:

N_{инд.к .}=N_индІ+ N_индІІ

N_инд.к. = 3,54 + 3,65 = 7,19 кВт.

Задаемся значением механического КПД[2, § 3.15]:

ή_мех=0,85.

Эффективную мощность (мощность на валу компрессора) определяем по N_инд.ки ή_мех[2, уравнение (3.52)]:

N_e=N_инд.к/ή_мех

N_e=7,19/0,85 = 8,46 кВт.

Используя значение N_e,подбираем электродвигатель.

Выбираем электродвигатель 4А160М8У3. Его технические характеристики приведены в таблице 1.5.

Таблица 1.5 – Технические характеристики электродвигателя:

Электро-двигатель	Мощности, кВт	КПД,%	Коэфф. мощности	Ммакс/ Mном	Мпуск/Мном	Iпуск/ Iном	Масса, кг
4А160М8У3	11	87	0,75	2,3	2,0	5	124

Рис 1.2 –Электродвигатель 4А160М8У3

2. Проектирование поршневого компрессора

   1. Определение толщины стенок цилиндра

При давлении до 6 МПа толщину стенки цилиндра можно определить исходя из представления цилиндра как тонкостенного сосуда [3, стр. 140]:

где р – наибольшее давление в цилиндре, МПа;

D – внутренний диаметр цилиндра, м;

– допускаемое напряжение при растяжении, МПа, ;

– дополнительная толщина стенки, м, .

Для І ступени:

Принимаем .

Для ІІ ступени:

Принимаем .

2. Определение размеров основных элементов поршня и поршневых колец. Выбор поршневых колец.

Общая высота поршня [3, стр. 287]:

H=(0,6...1,65)·D_п;

Для I ступени: H_I = 1 145 = 145 мм;

Для II ступени: H_II =1,41 85 = 120 мм.

Толщина днища поршня [3, стр. 288]:

δ_I=(0,1...0,2)·D_п;

Для I ступени: δ_I = 0,11 145 = 16 мм;

Для II ступени: δ_II = 0,11 85 = 9 мм.

Толщина юбки поршня S₁= S₂=8 мм, т.к. D_п не превышает 300 мм.

Расстояние от днища поршня до 1-ого поршневого кольца:

е =10...15 мм.

Принимаем е =10 мм.

Высота поршневого кольца [3, с. 683]:

Для I ступени: h=4 мм;

Для II ступени: h=3 мм.

Высота перемычки b₁ между канавками:

b₁≥h

Для I ступени: b₁=5 мм;

Для II ступени: b₁=4 мм.

Расстояние от днища поршня до оси поршневого пальца:

h₁= (0,6...0,8)·H;

Для I ступени: h₁= 0,6 145= 87 мм;

Для II ступени: h₁= 0,725 120= 87 мм.

Внутренний диаметр канавки в чугунном поршне под поршневые кольца:

Для I ступени: ;

Для II ступени: ,

где t– ширина поршневого кольца;

Для I ступени: t=5;

Для II ступени: t=3,2.

Диаметр бобышки:

d_б=(1,3...1,4) d_п,

где d_п – диаметр пальца (расчет представлен ниже).

Для I ступени: d_б=1,4 36=50 мм;

Для II ступени: d_б=1,4 26=36 мм.

Количество поршневых колец (компрессионных) определяется в зависимости от разности давлений нагнетания и всасывания [3, с. 335]:

∆Р=Р_нІ-Р_всІ;

Для I ступени: ∆Р= -0,1=0,213 МПа;

∆Р=Р_нІІ-Р_всІІ;

Для II ступени: ∆Р= - =0,557 МПа

если ∆Р < 0,7 мПа – Z=2 компрессионных кольца. В результате имеем: одно маслосъёмное кольцо, два компрессионных для обеих ступеней.

Определяем монтажный зазор между поршнем и цилиндром в холодном состоянии ∆М [3, стр. 289]:

∆М=(0,003...0,008)·D_п;

Для I ступени: ∆М=0,007 =1 мм;

Для II ступени: ∆М=0,007 0,6 мм;

в нагретом ∆Р:

∆Р=(0,002...0,003)·D_п;

Для I ступени: ∆P=0,003 =0,44 мм;

Для II ступени: ∆P=0,003 0,26 мм.

Рисунок 2.1- Поршень в разрезе

Будем использовать цилиндрический поршневой палец, зафиксированный в поршне при помощи упорных колец, и бронзовые втулки, вставляемые в бобышки поршня.

Диаметр поршневого пальца:

d_п= (0,25...0,3) D_п;

Для І ступени: d_п= 0,25 145 = 36 мм;

Для II ступени: d_п= 0,3 85 = 26 мм.

Внутренний диаметр пальца:

d_вн=(0,65...0,75) d_п;

Для І ступени: d_вн= 0,7 36 = 25 мм;

Для II ступени: d_вн= 0,7 26 = 18 мм.

Длина пальца:

L_п=(0,78...0,88) D_п;

Для І ступени: L_п= 0,87 145 = 126 мм;

Для II ступени: L_п= 0,85 85 = 74 мм.

Рисунок 2.2- Поршневой палец в разрезе

Выбор поршневых колец:

Для І ступени:

2 кольца У145˟4 ГОСТ 9515-81;

1 кольцо У145˟4 ГОСТ 9515-81.

Для ІІ ступени:

2 кольца У85˟3 ГОСТ 9515-81;

1 кольцо У85˟3 ГОСТ 9515-81.