ВКР: Поршневой компрессор для сжатия метана

1. Введение
Последние несколько веков, в промышленности и быту, использование машин и конструкций, действие которых основано на изменение рабочего объема, только растет, чаще всего под ними подразумевают компрессоры и насосы. Сегодня такие машины, разной степени сложности, присутствуют как в большинстве промышленных объектов, так и в каждом доме, что делает эти машины незаменимыми в жизнедеятельности человека.
Компрессоры можно разделить на две большие группы: те, которые в своей основе используют преобразование энергии газа в энергию давления – динамические компрессоры. В таких компрессорах газ сжимается посредством увеличения скорости газа и последующем ее преобразованием в давление в диффузоре.


Вторая группа – компрессоры объемного типа. В них газ находится в герметичном пространстве рабочей камеры ступени и сжимают его путем уменьшения объема этой камеры.
В свою очередь компрессоры объемного типа делятся на мембранные, роторные, поршневые, кулачковые, спиральные.
Так же компрессоры можно разделит по основным эксплуатационным параметрам: конечное давление, производительность.


В данной работе проведен анализ, инженерный и конструктивный расчет дожимного поршневого компрессора для сжатия метана. Определение возможности его работы на разных рабочих веществах и сравнение полученных результатов.

1.1 Описание идеального процесса сжатия в компрессоре
Для упрощения инженерного расчета используют идеальный цикл сжатия, его допущения заключаются в том, что газ идеальный и сухой, отсутствуют колебания газа в полостях всасывания и нагнетания, газодинамическое сопротивление отсутствует, отсутствует теплообмен газа со стенками рабочей камеры, отсутствие запаздывания открытия и закрытия клапанов, рабочая камера полностью герметична, механическое трение отсутствует.
На рисунке 1 показана схема идеального цикла сжатия в поршневом компрессоре.
Рисунок 1 – схема идеального цикла компрессора
В идеальном цикле работы поршневого компрессора (рисунок 1) газ по подводящему трубопроводу попадает в полость всасывания. Далее поршень компрессора движется от положения ВМТ (точка 3) к положению НМТ (точка 1), при этом в цилиндре компрессора происходит расширение газа из мертвого объема (процесс 3-4), в точке 4 открываются самодействующие всасывающие клапаны после чего газ через открытые клапаны попадает в цилиндр компрессора (процесс 4-1). В НМТ всасывающие клапаны закрываются (точка 1) и газ перестает поступать в цилиндр компрессора. Поршень начинает двигаться от положения НМТ в положение ВМТ и газ сжимается (процесс 1-2). При достижении давления нагнетания открываются нагнетательные клапаны (точка 2) и газ поступает в область высокого давления (процесс 2-3). Когда поршень доходит до положения ВМТ весь сжатый газ выходит из цилиндра компрессора, за исключением газа в мертвых объемах, нагнетательные клапаны закрываются (точка 3). После чего весь цикл повторяется.
Однако в реальном процессе сжатия присутвуют различные перетечки, так как клапаны открываются и закрываются не мгновенно. А так же кроме недополучения газа из-за мертвого объема в реальном процессе присутвуют потери из-за действительного движения различных органов компрессора.

2. Инженерный расчет
Исходные данные:
Сжимаемое вещество: метан
Объемная производительность: 16 м³/мин
Давление на входе в 1 ступень: 0,1 Мпа
Давление на выходе из последней ступени: 7 Мпа
Температура всасываемого газа: 273 К