Производит ВК. Расчёт и выбор парам-ов

Геометрическая степень сжатия ε_Г – это отношение объемов, являющееся геометрической константой винтовых компрессоров:

где W_П – полезный, фактически используемый объем парной полости;

W₀ – полный объем парной полости;

W_З – заполненный объем парной полости, от начала заполнения зубьями полости до начала соединения полости с окном нагнетания.

Степень повышения давления внутренняя π_а и внешняя π_н:

где Р_а – давление внутреннего сжатия.

Действительная объемная производительность:

где υ₁ – удельный объем всасывания.

Массовый расход хладагента:

 

где Q₀ – заданная холодопроизводительность;

q₀ – удельная массовая холодопроизводительность.

Чтобы обеспечить V_д компрессор должен иметь теоретическую производительность:

где λ – коэффициент подачи компрессора.

Теоретическая объемная производительность определяется конструктивными и кинематическими параметрами и после некоторых преобразований имеет вид:

где k_f = (f_1n + f_2n)/D₁² – безразмерный коэффициент площади парных впадин;

f_1n и f_2n – площади впадин между зубьями в торцевой плоскости ведущего и ведомого винтов;

k_i = l/D₁ – относительная длина винта;

k_u = W_п/W₀ – коэффициент использования парной полости;

z_i – число зубьев;

n_i – частота вращения.

При проектном расчете компрессора определяют D₁ и задаются n₁ и окружной скоростью u₁:

 

Подставив V_T = V_д/λ и n₁ = u₁/(π D₁) получим:

 

 

Затем выбирают ближайший больший из типового ряда и корректируют частоту вращения винта или другие величины (u₁, D₁).

__________________________________________________________

КМ. Кл-ия. прим-ие

Компрессорные холодильные машины (в дальнейшем ХМ) используют энергию в виде механической работы. Одним из основных элементов этих машин является компрессор, сжимающий и перемещающий пар или газообразное рабочее вещество. Привод такого компрессора может осуществляться от различных двигателей, таких как: электрический, внутреннего сгорания, паровой или газовой турбины.

Практическое применение ХМ получили во второй половине XIX века. Однако массовое использование искусственного холода началось в XX веке.

ХМ нашли применение во многих отраслях промышленности: пищевой, химической и нефтеперерабатывающей, а также в сельском хозяйстве и медицине, в быту и на транспорте, в горном деле, машиностроении и т.д.

В настоящее время выпускаются ХМ с мощностью от несколько десятков ватт до 10 МВт. Более половины производящихся ХМ используется для хранения и обеспечения технологии производства пищевых продуктов.

По принципу сжатия компрессоры делятся на 2 класса:

1. объемного принципа действия;

2. динамического принципа действия.

Компрессоры объемного принципа действия засасывают определенный объем рабочего вещества, сжимают его благодаря уменьшению замкнутого объема и затем перемещают в камеру нагнетания. Рабочие процессы в этих машинах совершаются строго последовательно, повторяясь циклически.

Компрессоры динамического принципа действия работают так, что рабочее вещество непрерывно перемещается через проточную часть компрессора, при этом кинетическая энергия потока преобразуется в потенциальную. Плотность в потоке рабочего вещества постепенно повышается от входа в машину к выходу. Эти машины непрерывного действия. По количеству ступеней сжатия ХМ делятся на одноступенчатые, двухступенчатые и многоступенчатые.

Типы и констр РК

Пластинчатые ротационные компрессоры (ПлРК)

Достоинства ротационных компрессоров:

1. Малое число деталей, простота конструкции, относительно малая стоимость изготовления;

2. Надежность в эксплуатации, несложное обслуживание;

3. Хорошие массогабаритные показатели, особенно у пластинчатых ротационных компрессоров;

4. Отсутствие клапанов, что, как известно, снижает суммарные гидравлические потери.

Недостатки ротационных компрессоров:

1. Изнашивание движущихся частей (пластин);

2. Необходимость подбора материала пластин с такими свойствами как износостойкость, антифрикционность, прочность, легкость.

 

Производительность компрессора регулируют способом «пуск-остановка», изменением положения кромки всасывающего окна в конце процесса всасывания, перепуском газа с нагнетания на всасывание.

Ротационный компрессор с катящимся ротором (РККР) состоит из неподвижного цилиндра 1, эксцентрикового вала 2, насаженного на него ротора 3 и разделительной пластины 5. При вращении вала 2 вокруг оси О ротор 3 катится по внутренней поверхности цилиндра 1. Между цилиндром и ротором образуется серповидная полость, изменяющаяся в зависимости от угла поворота. Она делится на две изолированные части пластиной 5, плотно прижимающейся к ротору пружиной 6. Одна из частей через окно 7 сообщается со всасывающей камерой, другая через нагнетательный клапан 4 с нагнетательной камерой.

Достоинства РККР по сравнению с ПлРК.

Меньше работа механического трения и меньший износ лопасти;

Меньшая относительная величина перетечек газа;

Возможность осуществить в одной ступени более высокую степень повышения давления.

По сравнению с поршневыми компрессорами РККР имеют лучшие массогабаритные показатели, меньший износ деталей, лучшую уравновешенность и более низкий уровень звукового давления.

 

Спиральные К.

Спиральные компрессоры (СПК) относятся к одновальным машинам объемного принципа действия. Как известно, машины такого принципа действия обратимы, т. е. могут работать прак­тически без изменения конструкции, и как компрессоры, и как моторы (детандеры или расширители).

В настоящее время в холодильной технике СПК используют в основном в бытовых и транспортных кондиционерах, тепловых насосах, холодильных машинах малой и средней мощности до 50 кВт. Но расчеты показывают, что холодильную мощность СПК можно существенно увеличить — до 100 и более кВт по мере совершенствования их конструкции и технологии изготовления.

Спиральные компрессоры классифицируются следующим об­разом: маслозаполненные; с впрыском капельной жидкости (на­пример, холодильного агента); сухого сжатия.

И, естественно, одно- и двухступенчатые с различным рас­положением ступеней по отношению к двигателю.

В зависимости от рода газа, мощности и других условий: гер­метичные; бессальниковые; сальниковые.

По типу применяемых спиралей: с эвольвентными спираля­ми, со спиралями Архимеда, с кусочно-окружными и др.

Основными достоинствами СПК являются: высокая энергетическая эффективность, эффективный КПД 80-86%; высокая надежность и долговечность; хорошая уравновешенность; незначительное изменение кру­тящего момента на валу компрессора; малые скорости движе­ния газа; быстроходность — число оборотов вала компрессора от 1000 до 13000 об/мин; отсутствие мертвого объема, малая доля протечек, и, следо­вательно, более высокий индикаторный КПД; всасываемый ком­прессором газ не соприкасается с горячими стенками деталей компрессора; отсутствие клапанов на всасывании, а часто и на нагнетании; спиральный компрессор, как и все компрессоры объемного принципа действия, может работать на любом холодильном аген­те.

По сравнению с поршневым компрессором одинаковой мощ­ности СПК имеет следующие преимущества: более высокий КПД — на 10-15%; более высокий коэффициент подачи λ — на 20-30%; меньшие размеры — на 30—40%; меньшая масса — на 15-18%;

уровень звукового давления (шума) ниже на 5-7 дБА; нет деталей, часто выходящих из строя — поршневых колец, клапанов; меньшее число деталей, меньшая стоимость производства.

К недостаткам СПК надлежит отнести следующие.

1.Сложность изготовления самих спиралей.

2.На подвижную спираль действует сложная система сил: осевых, тангенциальных, центробежных.

3. Если отсутствует нагнетательный клапан, то возможно «недожа-тие» и пережатие газа, т. е. дополнительные потери.

Основные детали СПК следующие: вал с эксцентриком, оси которых должны быть строго параллельны друг другу и рас­положены на расстоянии эксцентриситета е. Вал вращается в двух опорных подшипниках, находящихся на одной оси. Вместе с валом вращается и эксцентрик вокруг оси вала. Эксцент­рик соединяется шарнирно с подвижным элементом, состоящим из его платформы (или диска) и спирали. Другой спиральный элемент (другая спираль) имеет такие же размеры, как и элемент, но другое направление закрутки спирали. Неподвижная спираль (ее платформа) закрепляется от поворота в корпусе или крышке компрессора. Платформа неподвижной спирали имеет сквозное отверстие для выхода сжа­того газа. Если вставить спирали ПСП и НСП одна в другую, то между стенками перьев (или ребер) спиралей образуются ячейки. Не­которые из них замкнутые. Размер ячеек (их объем) при враще­нии ПСП изменяется. Подвижная спираль не должна вращаться вокруг своей оси. Она должна совершать движение по определенной орбите с радиусом е вокруг оси неподвижной спирали.

 

 

__________________________________________________________

 

33 Производительность ПлРК.

где z – число ячеек;

e – эксцентриситет;

l – длина ротора;

R_Ц – радиус цилиндра ротора;

n – частота вращения;

C – коэффициент, учитывающий влияние числа пластин на полезный объем.

Для двухкамерных:

Эффективная мощность:

Адиабатная работа:

 

где υ_в – удельный объем газа при условиях всасывания;

k – показатель адиабаты;

π_а = Р_а/Р_Н – внутренняя степень повышения давления.

Массовый расход:

где Q₀ – заданная холодопроизводительность;

q₀ – удельная массовая холодопроизводительность.

Конструктивные параметры и их соотношения оказывают решающее влияние на энергетическую эффективность и массогабаритные показатели ротационных компрессоров.

Относительный эксцентриситет:

ē

Относительная длина:

ĺ

Средняя окружная скорость скольжения пластин по цилиндру:

Радиус цилиндра:

Производительность компрессора регулируют способом «пуск-остановка», изменением положения кромки всасывающего окна в конце процесса всасывания, перепуском газа с нагнетания на всасывание.

______________________________________________________

36.Произв ПККР

Объем серповидной полости:

где l – длина цилиндрической части ротора;

R_Ц – радиус цилиндра;

R_Р – радиус ротора.

Действительная объемная производительность:

Длину ротора принято выражать в долях от его диаметра.

 

l = k_P D_P = 2 k_P R_P.

Подставим в предыдущее выражение и выразим R_P:

Основными конструктивными размерами РККР являются: радиус ротора R_P, длина ротора l, эксцентриситет e.

Практика выработала оптимальные соотношения между этими параметрами:

Толщина лопатки b = 2 e.

Ширина лопатки H = (5÷10) e.

__________________________________________________________

 

 

37. Центробежные компрессоры

Ступень центробежного компрессора, состоит из рабочего колеса, диффузора и неподвижных элементов, с помощью которых сжатое рабочее вещество выводится за пределы ступени. По конструкции различают промежуточную и концевую ступени. В промежуточной ступени за диффузором установлен обратно направляющий аппарат. С его помощью рабочее вещество подводится к колесу последней ступени. За диффузором концевой ступени расположено концевое устройство (улитка), с помощью которого рабочее вещество выводится за пределы корпуса машины.

1— уплотнение вала; 2— планетарный мультипликатор; 3—ротор;

4— пакет диафрагм; 5—кожух; 6 — вход­ной регулирующий аппарат; 7 — радиальный подшипник; 8 — радиально-упорный подшипник.

Характеристикой центробежного компрессора называется зависимость его основных рабочих параметров: отношение давлений , внутренняя мощность N_i, политропный КПД η_пол, коэффициент эффективной работы ψ, коэффициент теоретической работы φ₂₄ от параметра, характеризующего производительность компрессора при различных фиксированных значениях безразмерной окружной скорости. Для обеспечения нормальной работы холодильной машины применяют различные способы регулирования центробежных компрессоров:

-Регулирование перепуском или байпасированием;

-Дросселирование на нагнетании (устанавливается дроссельное устройство между компрессором и конденсатором);

-Изменением частоты вращения;

-Дросселированием на всасывании - дроссельное устройство располагают перед входом в компрессор, (лучше, чем на нагнетании, но хуже чем регулирование частотой вращения);

-Закруткой потока при входе в колесо (с помощью входного регулирующего аппарата ВРА);

-Поворотом лопаток диффузора (на 5÷10 %);

-Комбинированное регулирование производительности (получаем наилучшие показатели работы машины).

 

Компрессоры динамического принципа действия имеют ряд преимуществ перед объемными:

1. Меньшие размеры и массу по сравнению с объемными компрессорами той же производительности;

2. Надежность в работе, малый износ при работе на незагрязненных рабочих веществах;

3. Отсутствие возвратно-поступательного движения;

4. Равномерность подачи рабочего вещества;

5. Отсутствие загрязнения вещества смазочным маслом;

6. Возможность получения значительно большей производительности 4000÷5000кВт;

7. Возможность непосредственного соединения с высокооборотным приводом (газовой или паровой турбиной, высокочастотным электродвигателем).

Недостатки компрессоров динамического принципа действия:

1. Трудность выполнения их для получения малой производительности (необходима очень высокая частота вращения);

2. Сравнительно узкий диапазон устойчивой работы при изменении производительности (возникает пульсация);

3. Трудность получения высоких отношений давлений свыше 30÷40;

4. Существенная зависимость характеристик компрессора от физических свойств рабочего вещества (скорость звука в нем и значение показателя политропы).

Холодильные машины с компрессорами динамического действия применяются в следующих областях:

1. В химической и нефтеперерабатывающей промышленности, при производстве синтетических спиртов, каучука, полиэтилена, для сжижения газов, при производстве парафина масел и так далее;

2. Для систем кондиционирования воздуха в цехах, зданиях, шахтах;

3. В пищевой промышленности для охлаждения, замораживания, хранения пищевых продуктов;

4. В судовых холодильных установках, на судах-рефрижераторах для переработки и транспортировки скоропортящихся продуктов;

5. В тепловых насосах для обогрева зданий и сооружений, нагрева воды и воздуха;

6. Для замораживания грунтов в горном деле при проходке шахт, в строительстве, для охлаждения больших масс бетона;

7. При экспериментальных исследованиях, связанных с применением низких температур.

 

38. ОСЕВЫЕ

В холодильной технике осевые компрессоры применяются в газовых (воздушных) холодильных машинах.

Преимущества осевых компрессоров:

1. Меньшие радиальные размеры, чем у центробежных компрессоров той же объемной производительности;

2. Более высокие КПД, чем у центробежных компрессоров, из-за лучшей организации потока в осевых лопаточных аппаратах и как следствие газодинамических потерь в них.

Использование этих преимуществ позволит повысить энергетическую эффективность и уменьшит размеры и металлоемкость холодильных компрессоров. Эти же факторы обусловили применение осевых компрессоров в тех отраслях, где требуются большие объемные производительности в одном агрегате (доменные воздуходувки, стационарные газотурбинные двигатели, авиационная техника).

Возможность получения больших объемных производительностей делает осевые компрессоры перспективным типом машин для пароводяных тепловых насосов, использующих в качестве источника низкой температуры теплые водосбросы крупных промышленных предприятий.

Недостатки осевых компрессоров:

1. Крутые газодинамические характеристики малой протяженности по расходу;

2. Повышенная чувствительность к помпажу, который может вызвать поломку лопаток рабочих колес.

Эти недостатки можно устранить за счет применения эффективных методов регулирования, повышенного уровня автоматизации и культуры эксплуатации.

 

Осевой компрессор состоит из входного устройства 1, с помощью которого газ подводится к входному направляющему аппарату (ВНА) 2. Входной направляющий аппарат организует поток и придает ему необходимое направление движения, после чего он поступает на рабочее колесо (РК) 3. Из рабочего колеса газ поступает в направляющий аппарат (НА) 6, в котором изменение его давления и скорости зависти от коэффициента реактивности Ω, как и при прохождении через РК. При выходе из последней ступени газ проходит спремляющий аппарат (СА) 4, который придает выходной скорости осевое направление. Обычно СА выполняют совмещенным с НА последней ступени. Из СА сжатый газ поступает в выходное устройство 5, которое по конструкции представляет собой обращенное выходное устройство.

Высота лопаток при входе и выходе РК и НА изменяется, уменьшаясь от входного сечения к выходному. Это объясняется тем, что по мере сжатия плотность газа растет, его объемный расход уменьшается, и при мало меняющейся осевой расходной составляющей скорости потока в ступени, высота лопаток уменьшается.