РОСЖЕЛДОР
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Ростовский государственный университет путей сообщения»
(РГУПС)
Ю. А. Магнитский, И. Н. Жигулин, Я. Ю. Магнитский
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПОРШНЕВОГО КОМПРЕССОРА
Методические указания к лабораторной работе
Ростов-на-Дону
2006
УДК 621.15. (076.5)
Магнитский, Ю. А.
Определение характеристик поршневого компрессора: методические указания к лабораторной работе / Ю. А. Магнитский, И. Н. Жигулин, Я. Ю. Магнитский .- Рост. гос. ун-т путей сообщения. - Ростов н/Д, 2006. - 12 с.: ил. Библиогр.: 8 назв.
Приводится методика определения характеристик поршневого компрессора с использованием индикаторной диаграммы.
Методические указания предназначены для студентов, изучающих нагнетательные машины.
Рецензент ст. преп. А. Б. Кууск (РГУПС)
Учебное издание
Магнитский Юрий Александрович
Жигулин Игорь Николаевич
Магнитский Ярослав Юрьевич
Определение характеристик поршневого компрессора
Методические указания к лабораторной работе
И. Гончаров
Техническое редактирование и корректура А. И. Гончаров
Подписано в печать 28.12.06. Формат 60х84/16.
Бумага газетная. Ризография. Усл. печ. л. 0,7.
Уч.-изд. л.0,66. Тираж 60. Изд. № 68 . Заказ №
Ростовский государственный университет путей сообщения.
Ризография РГУПС.
Адрес университета: 344038, г. Ростов н/Д, пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, 2
ã Ростовский государственный университет путей сообщения, 2006
Содержание
1 Цель лабораторной работы
2 Содержание работы
3 Пояснение к расчетам
4 Содержание отчета
5 Контрольные вопросы для самостоятельного анализа
Библиографический список
1 ЦЕЛЬ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
Работа предназначена для развития у студентов навыка анализа результатов испытания поршневых компрессоров.
Целью лабораторной работы является определение эксплуатационных характеристик поршневой машины по измеренной индикаторной диаграмме.
2 СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Перед выполнением лабораторной работы студенты должны повторить лекционный материал по нагнетательным машинам и ознакомиться с тематическим разделом рекомендуемой литературы.
Студенты на базе лабораторных установок знакомятся с конструкциями поршневых компрессоров, способами их испытания. После этого строят индикаторную диаграмму ступени компрессора, рассчитывают основные характеристики компрессора: индикаторную работу газа, индикаторный КПД, объемный КПД, индикаторную мощность, удельный расход электроэнергии.
3 ПОЯСНЕНИЯ К РАСЧЕТАМ
Исходные данные для расчетов формируются на основании паспортных данных машины, измерений величины элементов конструкции, результатов испытаний компрессорной установки и определения параметров окружающей среды.
На рисунке показан пример индикаторной диаграммы ступени поршневого компрессора.
Индикаторная диаграмма:
Vh - рабочий объем цилиндра; V0 – мертвый объем; Vвс – объем всасывания;
Dрг - высота «горбика» в конце сжатия; Dрвс - потеря давления при всасывании;
Dря - глубина «ямки» в начале всасывания; р0 - атмосферное давление;
рн - давление нагнетания
Диаграмма выполняется на миллиметровке или листочке в клеточку.
3.1 Исходные данные для расчета
Компрессор одноступенчатый с водяным охлаждением.
Индикаторная диаграмма ступени поршневого компрессора (рис. в масштабе).
Рабочий объем цилиндра Vh = … м3 (например, Vh = 0,004 м3 ).
Коэффициент вредного объема s = …
Атмосферное давление р0 =… Па (например, р0 = 105 Па ).
Температура окружающей среды t = …оС .
Давление нагнетания рн = р3 = …Па.
Показатели политроп сжатия и расширения nc = nр = …
Число оборотов вала компрессора nоб = … 1/мин.
3.2 Параметры узловых точек
Потеря давления при всасывании Dрвс = … Па (например, Dрвс = 0,2 105 Па).
Глубина «ямки» в начале всасывания Dря = р1 – р4 = …Па (например, Dря = 0,2 105 Па).
Высота «горбика» в конце сжатия Dрг = р2 – р8 = …Па (например, Dрг = 0,4 105 Па).
Давление и объем в точке 1 : р1 = р0 - Dрвс ; V1 = V0 + Vh = s Vh + Vh = (s+1) Vh .
Давление и объем в точке 2 : р2 = рн + Dрг ; V2 = V1 
.
Давление и объем в точке 3 : р3 = рн ; V3 = s Vh .
Давление и объем в точке 4 : р4 = р1 - Dря ; V4 = V3 
.
Давление и объем в точке 5 : р5 = ро ; V5 = V1 
Давление и объем в точке 6 : р6 = рн ; V6 = V5 
, процесс 5 – 6 изотермический.
Давление и объем в точке 7 : р7 = ро ; V7 = V3 
.
Давление и объем в точке 8 : р8 = рн ; V8 = V1 
.
3.3 Работа
Теоретическая полезная работа эквивалентна площади индикаторной диаграммы 5-6-3-7-5
Lпт = р0 (V5 – V7) ln(р6 /р5). (1)
Действительная полезная работа
Lп = Lпт hг hт , (2)
hг – коэффициент герметичности, hг = 0,97…0,99,
hт – коэффициент температурный, hт = 0,97…0,99.
Индикаторная работа равна площади 1-2-3-4-1 :
Li = пл. 1-2-3-4-1 = пл.1-8-3-9-1 + пл.8-2-3-8 + пл. «ямки».
Площади 8-2-3-8 и «ямки» рассчитываются по количеству клеточек на диаграмме и по цене одной клеточки.
Цена клеточки Цк = Dрк DVк,
где Dрк – разность давлений в клеточке;
DVк – разность объемов в клеточке.
Цена стандартной тетрадной клеточки
Цк = Dрк DVк = 0,2 105 0,0002 = 4 Дж,
здесь Dрк = 0,2 105 Па ;
DVк = 0,0002 м3 .
Таким образом, индикаторная работа равна
Li = 
р1 (V1 – V9) 
+ z Цк, (3)
где z – суммарное количество клеточек в площади 8-2-3-8 и в «ямке».
3.4 Экономические характеристики
Индикаторный КПД hi = Lп / Li . (4)
Объемный КПД hv = Vвс / Vh = (V1 – V4 )/ Vh , (5)
здесь Vвс – объем всасывания.
Коэффициент подачи l = hv hг hт. (6)
Среднее индикаторное давление рi = Li / Vh . (7)
3.5 Мощность
Полезная мощность Nп = Lп 
, кВт. (8)
Индикаторная мощность Ni = Li , кВт. (9)
Эффективная мощность Ne = Ni / hм , (10)
где hм – механический КПД.
При номинальной нагрузке для поршневых компрессоров различных конструкций hм = 0,8…0,9.
Электрическая мощность Nэ = Nе / hэдв, (11)
где hэдв – КПД электродвигателя.
При номинальной нагрузке для электродвигателей различных типов hэдв = 0,85…0,95.
Мощность электродвигателя Nэдв = 1,05 Nэ , (12)
где 1,05 – коэффициент запаса.
3.6 Размеры цилиндра
Диаметр цилиндра
Dц = 
, (13)
где n - отношение хода поршня к диаметру цилиндра n = 0,9…1,2.
Ход поршня S = n Dц. (14)
3.7 Удельный расход электроэнергии
Производительность по условиям всасывания Qвс = Vвс n, м3/мин. (15)
Удельный расход электроэнергии Э = Nэ / (60 Qвс) , кВт ч/м3 . (16)
Производительность при нормальных условиях
Qну = Qвс 
, нм3/мин. (17)
Удельный расход электроэнергии при нормальных условиях
Эну = Nэ / (60 Qну) , кВт ч/нм3 . (18)
4 СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
В отчете приводится цель лабораторной работы, копия индикаторной диаграммы компрессора, необходимые для расчета конструктивные данные и рабочие параметры, результаты расчетов по формулам (1) – (18).
5 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО АНАЛИЗА
1 Какова предельная степень повышения давления в поршневом компрессоре?
2 Чем ограничена максимальная температура нагнетания газа в ступени поршневого компрессора?
3 В чем техническое и экономическое преимущество многоступенчатого сжатия в поршневом компрессоре?
4 Как можно увеличить производительность компрессора?
5 Что характеризует адиабатный КПД компрессора?
6 Что характеризует изотермический КПД компрессора?
7 Что подразумевают под нормальными условиями всасывания?
8 Как определить мертвое пространство (вредный объем) в цилиндре поршневого компрессора?
9 Что необходимо предусмотреть в компрессорах, сжимающих кислород?
10 Какие тапы клапанов применяются в поршневых компрессорах?
11 Какие преимущества и недостатки у поршневого компрессора по сравнению с лопаточным компрессором?
12 Как можно уменьшить потери энергии в компрессоре?
Библиографический список
1. Магнитский, Ю. А. Термодинамические процессы газа в поршневом компрессоре/ Ю. А. Магнитский, И. Н. Жигулин. Ростов н/Д: РГУПС, 1995. - 27 с.
2. Михайлов, А. К. Компрессорные машины / А. К. Михайлов, В. П. Ворошилов. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 288 с.
3. Поршневые компрессоры / под ред. С. Е. Захаренко, - М. - Л.: Машгиз. 1961. – 454 с.
4. Поршневые компрессоры / под общ. ред. Б. С. Фотина. – Л.: Машиностроение, 1987. – 372 с.
5. Рыжов, Б. М. Таблицы термодинамических функций: справочник / Б. М. Рыжов. – М.: Машиностроение, 1982. – 288 с.
6. Тарасов, В. М. Эксплуатация компрессорных установок / В. М. Тарасов. – М.: Машиностроение, 1987. – 136 с.
7. Френкель, М. И. Поршневые компрессоры / М. И. Френкель. - М.-Л.: Машгиз. 1960. - 655 с.
8. Черкасский, В. М. Насосы, вентиляторы, компрессоры / В. М.Черкасский. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 416 с.
Основные порталы (построено редакторами)