Расчетная часть-Расчет двухступенчатого винтового компрессора ДЭН-37Ш-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

Расчетная часть-Расчет двухступенчатого винтового компрессора ДЭН-37Ш-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

Расчет двухступенчатого винтового компрессора

Техническим заданием (ТЗ) на проектирование ВКМ предусматриваются (основные данные)
1) Производительность, отнесенная к условиям всасывания, Ve = 40 м3/мин;
2) Сжимаемый газ – кислород ; Твс= 248 .ПаМ 0,1 = всР ;К
3) параметры нагнетания : Рн = 1,5 МПа
Компрессор устанавливается в отапливаемом помещении. Привод – электрический. Для охлаждения ВКМ может быть использована вода с температурой tвод≤ 23ْ С
Для обеспечения выполнения требований ТЗ выбираем ВКМ, состоящую из двух ступеней - первой (индекс 1) и второй (индекс 2). Профиль зубьев винтов принимаем эллиптический. Корпуса машины охлаждаются водой. Между ступенями и после 2 ступени предусматриваем холодильники. Перед 1 ступенью и после 1 и 2 ступеней устанавливаются глушители шума.


Рис. 1

Далее уточняем исходные расчетные параметры.
1. Действительная производительность ВКМ Ve = 40 м3/мин.
2. Параметры кислорода перед компрессором Р0 = 0,1 МПа; Т0 = 248 К. Затем выбираем значения параметров винтов:
3. Число зубьев (заходов) на обеих ступенях по схеме 4/6. Тогдаi12 = 1,5; i21 = 2/3; наружные диаметры ВЩ и ВМ винтов ступени одинаковы.
4. Относительная длина винтов λ1 = 1,35; λ2 = 1,0. Предполагая использовать винты типоразмерного ряда, выбор других геометрических параметров винтов не производим.
В результате предварительных прикидок, сообразуясь с вероятной степенью сжатия в ступенях для кислорода указанных параметров, выбираем (предварительно) следующие величины.
5. Окружная скорость на внешней окружности ВЩ винтов

U1 = 120 ÷ 140 м/сек.

6. Коэффициент подачи ηv1 = 0,95; ηv2 = 0,92.
7. Теоретическая производительность 1 ступени, отнесенная к условиям всасывания:

м3/мин,

Где коэффициент протечек через уплотнения валов βпр = 1,5 % (принят с последующим обоснованием при проектировании уплотнений).
8. Определяем диаметр внешней окружности (головок) ведущего винта 1 ступени (предварительно). Согласно формуле



Так как для типоразмерного ряда винтов с эллиптическим профилем при τ1з ≤ τ1пр Wo = 0,118λd13, то



Ближайший размер d1типоразмерного ряда винтов равен 160 мм.
Предварительные подсчеты показали, что для 2 ступени рационально выбрать винты, расположенные через один номер от винтов первой ступени. Итак, окончательно выбираем винты для 1 и 2 ступеней по табл. 16
9. Диаметры внешней окружности ВЩ и ВМ винтов в мм:

d11=d12 =160 мм; d21 = d22 = 100 мм.

10. Диаметры начальной окружности ВЩ и ВМ винтов в мм:

d11н = 102,4; d21н = 64
d12н = 153,6; d22н = 96.

11. Межцентровое расстояние в мм:

А1 = 128; А2 = 80.

12. Длина винтов (при λ1 = 1,35 и λ2 = 1,0) в мм :

L1 = 216; l2 = 100.

13. Ход нарезки ВЩ и ВМ винтов (см. табл. 3) в мм :

h11 = 256; h21 = 120.

h12 = 384; h22 = 180.

14. Углы закрутки зуба ВЩ и ВМ винтов:

τ11з = 3030; τ21з = 300 0 .
τ12з = 202 0; τ22з = 200 0 .

15. Углы наклона винтовой линии на начальном цилиндре

β1н = 51ْ 29 ́17,208 ̋; β2н = 59ْ 10 ́11,772 ̋.
16. Угол β02


17. Центральный угол половины впадины ведомого винта для винтов типоразмерного ряда



Для приближенных вычислений



18. Угол начала заполнения впадин (начало сжатия)



19. Предельный угол закрутки ВЩ винта 1 и 2 ступени



20. Наибольший полезный объем парной полости

W10 = 637 см3; W20 = 113 см3

Так как τ1з > τ1пр, то W0<l (f1n + f2n). Потеря объема при λ = 1,0 составляет 3,5 – 4,2 % ; при λ = 1,35 – 4,5 % , при λ = 1,5 – 6,5 % по сравнению с максимальным объемом парной полости, равным l (f1n + f2n).
21. Число оборотов ВЩ винта (предварительно)

об/мин.

Таким образом, привод 1 ступени от электродвигателя осуществим через мультипликатор.
22. Угол поворота ВЩ винта от начала сжатия до полного замыкания линии контакта по формуле



23. Центральный угол толщины зуба ВМ винта в торцовом сечении



24. Оптимальное значение углов всасывания ВЩ винта по формуле




где




25. Оптимальное значение углов всасывания ВМ винта




26. Окончательно принимаем углы всасывания для ВЩ и ВМ винтов:

α11в= 280ْ ;α21в= 280ْ ;
α12в= 235 ;α22в= 235 ;

27. Истинное давление воздуха после 2 ступени

МПа

где МПа –предварительно принятая потеря давления воздуха в концевом холодильнике и глушителе:

МПа

28. Давление нагнетания после 1 ступени принимаем равным

p1н = 0,4 МПа

29. Давление в камере всасывания 1 ступени

МПа

где МПа – потери давления в глушителе со стороны всасывания.
30. Давление в камере всасывания 2 ступени

МПа

где МПа – принятые потери давления в глушителе после 1 ступени, в промежуточном холодильнике и тракте между ступенями.
31. Расчетная степень сжатия воздуха

; .

32. Газовая постоянная кислорода:

R =260 .

33. Удельный вес всасываемого газа при внешних параметрах

кг/м3.

34. Весовая производительность ВКМ

кг/мин.

35. Действительная объемная производительность 1 ступени при параметрах p1ви Т1в (при этом Т1в = Т0):

м3/мин,
кг/мм2.

36. Теоретическая объемная производительность 1 ступени (окончательно)

м3/мин

37. Температура воздуха на нагнетании находится по формуле(381).
В соответствии с принятым в пункте 6 наст. расчета значениями коэффициентом подачи по рис. 141 находим:


Следовательно,




Для 2 ступени T2в=2600 К - см. пункт 39 наст. расчета.
38. Действительная объемная производительность 1 ступени на нагнетании

м3/мин

где
кг/м3

Т1н=407 0К – см. пункт 37 наст. расчета; β2пр= 1,1 % - коэффициент протечек через концевые уплотнения 2 ступени.
39. Действительная объемная производительность 2 ступени на всасывании

м3/мин
кг/м3

T2в= 260 0К – температура воздуха на всасывании 2 ступени (после промежуточного холодильника). Она обеспечивается выбором соответствующих параметров холодильника.

40. Теоретическая производительность 2 ступени

м3/мин.

41. Действительная объемная производительность 2 ступени на нагнетании

м3/мин
где
кг/м3
Т2н = 419 0К – см. пункт 37 наст расчета.

42. Окончательные число оборотов и окружная скорость ВЩ винта ступеней компрессора (см. пункт 21 наст. расчета):

об/мин об/мин
м/сек
м/сек

Окружная скорость ВЩ винта 1 ступени несколько превышает оптимальное значение, хотя она примерно равна максимальному значению.
Принимая во внимание, что для 2 ступени λ2 = 1,0 остановимся на полученном значении u21.

43. Внутренний адиабатный к.п.д. ступеней компрессора




44. Индикаторная мощность, потребляемая ступенями компрессора

кВт
кВт

45. Механический к.п.д. ступеней (задаемся):



46. Мощность на муфте, потребляемая ступенями компрессора:

кВт кВт

Общая мощность двух ступеней компрессора

кВт

В приведенном расчете (см. пункты 43 – 46) предполагалось, что режимы сжатия в ступенях близки к основному. Это предположение должно быть оправдано при выборе (см. пункт 48).

47. Полная мощность, потребляемая ВКМ, включает также энергию, расходуемую на привод вспомогательных механизмов (например, масляного и водяного насосов).
Схема установки может быть выполнена в двух вариантах:
а) с автономными электродвигателями и мультипликаторами;
б) с одним электродвигателем и мультипликатором. Последний – с двумя выходными валами, расположенными по бокам от центрального (соединенного с электродвигателем), на котором расположено зубчатое колесо.
48. Геометрическая степень сжатия ступеней:
винтовой компрессор ступень сжатие



49. Угол сжатия



Оба угла больше, чем угол (см. пункт 22 расчета).
50. Средняя скорость газа при входе в полости винтов (см. пункт 55)

м/сек
м/сек

51. Площадь окна нагнетания для винтовых машин типоразмерного ряда определяются по формуле





где



Для 1 ступени:

см2,

где


см2
см2

Для 2 ступени:


см2,

см2
см2

52. Средняя скорость воздуха в окне нагнетания



53. Количества тепла, отводимого от компрессора охлаждающей водой


ккал/кг;
ккал/мин
ккал/кг
ккал/мин

54. Расход охлаждающей воды определяется по формуле


Примем Тогда
л/ч; л/ч;

Общий расход охлаждающей воды на ВКМ составит Wохл=2042 л/ч.
С учетом 25 % запасом пронимаем расход воды 2550 л/ч. Удельный расход охлаждающей воды составит