Выбор клапанов по пропускной способности

Допустимую относительную потерю мощности в клапанах  выбираем по рекомендациям из таблице 2.6.

где - суммарные потери мощности в нагнетательных и всасывающих клапанах,  - номинальная индикаторная мощность ступени.                                                                                                   

 

 

 Таблица 2.6

Параметр клапана	Давление всасывания, МПа
	0,1-0,5	0,5-1,5	1,5-5	5-15	15-50
()max,% Fвсmax	11,2 0,22	9,2 0,2	7,4 0,18	5,8 0,16	4,4 0,14

Скорость звука при условиях в клапане определяем по формуле:

(2.17)

где R – газовая постоянная водорода; R=260 Дж/(кг·К) – берется из справочных данных.

 

 

Рассчитаем скорость звука в первой ступени:

 

Рассчитаем скорость звука вовторой ступени:

 

Рассчитаем скорость звука в третьей ступени:

 

 

Рассчитаем скорость звука в четвертой ступени:

 

 

 

Допустимая условная скорость газа в клапане:

                       (2.18)

 

Для первой ступени:

 

Для второй ступени:

 

Для третьей ступени:

Для четвертой ступени:

 

Определяем площадь поршня:

                           (2.19)

Для первой ступени:

Для второй ступени:

Для третьей ступени:

 

Для четвертой ступени:

 

Выберем число клапанов:

Определяем необходимое значение эквивалентной площади клапана, которая обеспечит работу компрессора с допустимыми потерями мощности в клапанах. Значение необходимой эквивалентной площади Ф считаем по формуле:

(2.20)

где –площадь поршня;  – средняя скорость поршня;  – число всасывающих или нагнетательных клапанов в полости цилиндра.

 

По необходимым значениям эквивалентной площади клапанов подбираем стандартизованные клапаны типа.

 

Основные данные клапанов занесем в таблицу 2.7:

 

Таблица 2.7

	Полный шифр клапана	Эквивалентная площадь Ф, см², не менее	Мертвый объем клапана V м, см³	Ширина прохода в седле b, мм	Высота подъема пластины h, мм	d 1, мм	d 2,мм	h BC =h H,мм	h 1, мм	H, мм	Число кольцевых проходов
1ц.	ВКТ 160-2,0-4,0	21,5	200	7	2	160	175	10	30,5	80	3
	НКТ 140-2,0-1,0	18,4	172	6	2	140	155	10	32,5	85	3
2ц	ВКТ 100-1,5-1,6	6,9	81	6	1,5	100	112	10	25,5	65	2
	НКТ 90-2,5-1,6	5,9	37	8	2,5	90	100	8	25	60	1
3ц	ВКТ 70-1,6М	2,6	28,9	4,5	2	70	79	8	25	25	1
	НКТ 55-1,5-16	2,4	22	6	1,5	55	63	10	25,5	65	1
4ц	ВКТ 50-16,6М	0,8	10	2,5	1,5	50	57	10	30	25	1
	НКТ 32-16М	0,6	6,6	4	1,5	32	38	10	30	25	1

Подбор пружин клапанов

 

Найдем скорректированное значение эквивалентной скорости газа в клапане:

 

.

 

Подставим значения

 

 

Скорректируем значение критерия скорости газа в клапане:

 

.

 

Подставим значения

 

 

 

 

 

 

По известному скорректированному значению критерия скорости F_i находим максимальное значение потери давления в клапане в теоретическом х_maxi случае. Для этого воспользуемся графиком [4] зависимости х_maxi от F_i:

 

Рисунок 2.1– Зависимость от F:

 

Задаемся отношением:  (принимаем Θ = 0,2).

По известным значениям Θ и х_maxi найдем минимальное значение перепада давлений в клапане, необходимого для преодоления силы упругости пружины в полностью открытом клапане. Для этого воспользуемся формулой

 

.

 

Подставим значения

 

 

Рассчитаем минимальный перепад давлений необходимый для полного открытия клапана по формуле

 

,

где p_i – давления всасывания и нагнетания в I и II ступени.

 

Подставим значения

 

Находим отношение полной высоты подъема пластины к ширине прохода в щели. Значения h и b берем из табл. 2.7:

I ступень                    Всасывающие клапаны: ;

Нагнетательные клапаны: .

II ступень                   Всасывающие клапаны: ;

Нагнетательные клапаны: .

 

На основании полученных значений отношений h / b находим коэффициент давления потока ρ_р. Для этого воспользуемся графиком коэффициента давления потока для кольцевых и дисковых клапанов:

 

Рисунок 2.2 –Коэффициент давления потока для кольцевых и дисковых клапанов

 

; ; ; .

Рассчитаем приведенную силу упругости пружины по формуле

 

.

 

Все необходимые значения известны, подставим их в приведённую формулу и получим

 

 Н/м²;  Н/м²;

 

 Н/м²;  Н/м².

 

Округляем значения приведенной силы упругости пружины до ближайшего номинального значения из стандартного ряда:

 

 Н/м²;   Н/м²;

 

 Н/м²;     Н/м².

Рассчитаем силу давления пружины на пластины клапана по формуле

 

,

 

где f_c – площадь проходного сечения в седле, она определяется по формуле:

 

.

 

Значения Ф_i берем из табл.2.7тогда:

 

 см²;  см²;

 

 см²;  см².

 Н; 

 Н;

 Н; 

 Н.

 

 

Динамический расчет

Уравновешивание компрессора

Механизм движения компрессора – коленчатый вал, шатун, поршень. Из них поршень, совершает только возвратно-поступательные движения, коленчатый вал – вращательное, шатун – сложно-плоское, которое можно рассматривать как результат сложения двух движений: возвратно-поступательного вместе с поршнем и вращательного вместе с коленчатым валом. В связи с этим массу шатуна разбивают на две части:  и .

Таблица 3.1 - Масса элементов кривошипно-шатунного механизма, кг

Элемент кривошипно-шатунного механизма	I ступень	II ступень	III ступень	IV ступень
Поршень	45	45	45	45
Шатун	24,5		24,5
Колено вала	270
Крейцкопф	25,5		25,5
Шток	14,45		14,45

 

Массу колена вала, совершающую вращательное движение, приводят к пальцу кривошипа. Она будет определяться как . Таким образом, масса возвратно-поступательно движущихся частейбудет определяться по формуле:

 

Масса вращающихся частей составит:

                                  (3.1)

где S – ход поршня.

Остальные величины, необходимые для расчета, составляют:

радиус кривошипа, м, , где S = 0,1 м – ход поршня;

угловая скорость вращения вала, рад/с, ;

отношение радиуса кривошипа к длине шатуна – 0,77,

, где l – длина шатуна.

Рисунок 3.1–Схема уравновешивания поршневого компрессор