126211 (593206), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Работу адиабатического сжатия в любой ступени многоступенчатого компрессора можно найти
, (4.1)
где k = 1,4 - показатель адиабаты для воздуха; R=287,14 Дж/кг-К — газовая постоянная; = 0,75 – 0,9 - адиабатический КПД;
- температура воздуха на входе в i-ю ступень компрессора.
Полная удельная работа сжатия
(4.2)
lk = 113940+85998+64532=264470 Дж/кг
Мощность компрессора
, (4.3)
где G — массовый расход воздуха, кг/мин
, кг/мин.
0,97 - 0,98 - механический КПД.
кВт
Температура воздуха после ступени компрессора
(4.4)
Количество тепла отданное в промежуточном охладителе можно определить, зная температуру воздуха перед и после охладителя
, (4.5)
где = 1.007 кДж/кгК - теплоёмкость воздуха,
= 5.08 кг/с - расход воздуха через компрессор.
Аналогично произведён расчёт при различной температуре окружающей среды. Результаты расчёта сведены в таблицу 4.1.
Таблица 4.1. Результаты расчёта схемы компрессора при различной
температуре окружающей среды
to.c.,°C | Твх.к. i, К | Твых.к. i, К | Lk, Дж/кг | Nk, кВт | Qi, кДж/с |
288 | 399 | 567 | |||
15 | 298 | 382 | 260042 | 1363 | 429 |
298 | 361 | 322 | |||
293 | 406 | 578 | |||
20 | 303 | 389 | 264470 | 1386 | 439 |
303 | 367 | 327 | |||
298 | 413 | 588 | |||
25 | 308 | 395 | 268890 | 1409 | 445 |
308 | 373 | 332 | |||
303 | 420 | 598 | |||
30 | 313 | 401 | 273327 | 1432 | 450 |
313 | 379 | 337 |
Графически изменение температуры воздуха на выходе из ступени компрессора при изменении температуры окружающей среды показано на рис. 4.1.
Рис. 4.1. График зависимости Твых.к. = f(Toc)
4.3 Расчёт ступени системы охлаждения компрессора К-250-61-5
-
Определим секундный расход сжатого газа
(4.6)
Из процесса сжатия (рис. 4.2.) определим количество тепла, которое отнимается в газоохладителе
, (4.7)
где = 1,007 кДж/кгК - теплоёмкость воздуха.
Рис. 4.2. Ступень охлаждения компрессор
-
Возьмём для расчёта конструктивные размеры газоохладителя заводского изготовления
;
-
наружный диаметр оребрения: D=19,2 мм;
-
толщина ребра Sp = 0,6 мм;
-
шаг оребрения t = 2.4 мм;
-
шаг поперечный Sl = 20 мм;
-
шаг продольный S2 = 18 мм.
Определим число рёбер на 1м длины
(4.8)
-
Поверхность рёбер
(4.9)
-
Поверхность 1м длины трубы, свободная от рёбер
(4.10)
-
Полная внешняя ребристая поверхность
(4.11)
7. Внутренняя поверхность трубы без рёбер
(4.12)
8. Определение площади живого сечения одного межрёберного канала в поперечном ряду пучка (рис. 4.3)
Рис. 4.3. Сечение поперечного ряда
(4.13)
9. Определим смоченный периметр одного межрёберного канала
(4.14)
10. Определим эквивалентный диаметр
(4.15)
11. Принимая экономическую скорость воздуха w=15 м/с, определим площадь живого сечения пучка ребристых труб для прохода воздуха:
а) средняя определяющая температура:
,
где - температура воды на входе в газоохладитель, tw2 - температура воды на выходе из газоохладителя.
б) определяем основные константы для воздуха [3]:
-
коэффициент динамической вязкости
-
коэффициент теплопроводности
-
число Прандтля
-
определим среднюю плотность воздуха
в)
12. Определим число труб в одном поперечном ряду, при заданной длине L=565 мм.
штук
Принимаем .
13. Длина обтекания ребристой трубы
(4.18)
м
14. Определим диагональный шаг пучка:
Рис. 4.4. Диагональный шаг пучка
(4.19)
15. Определим коэффициент Cs для шахматных пучков
(4.20)
16. Определим коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха
(4.21)
17. Расчёт КПД ребра
, (4.22)
где = 397 Вт/м2К — коэффициент теплопроводности меди
По номограмме [4] при и
находим
18. Эффективность ребристой поверхности
(4.23)
19. Площадь живого сечения для прохода воды
(4.24)
,
где = 995 кг/м3 - плотность воды; ср = 4.19кДж/кгК - теплоёмкость воды.
кг/с
Принимаем скорость воды = 2.5 м/с, тогда
м2
20. Определим количество труб в ходе
(4.25)
Принимаем
21. Фактическая скорость течения воды в трубах
(4.26)
м/c
22. Коэффициент теплоотдачи со стороны воды
(4.27)
Вт/м2К
23. Коэффициент теплоотдачи
(4.28)
Вт/м2К
24. Площадь теплопередающей поверхности
(4.29)
м2
25. Определим общее количество труб
(4.30)
штук
26. Количество продольных рядов труб в пучке
(4.31)
штук
Принимаем
27. Определяем фронтальную поверхность для прохода газа
(4.32)
м2
28. Площадь теплопередающей поверхности первого ряда труб
(4.33)
м2
29. Отношение теплопередающей поверхности к фронтальной
(4.34)
Аналогично можно рассчитать первую, вторую и третью ступень охлаждения при различной температуре окружающей среды. Температура воздуха на входе в охладитель, при различной температуре окружающей среды взята из таблицы 4.1.
Результаты расчета сведены в таблицу 4.2.
Таблица 4.2. Результаты расчёта системы охлаждения
to.c.,°C | | | | | | |
1 ступень охлаждения | ||||||
15 | 126 | 25 | 20 | 40 | 6,2 | 103,1 |
20 | 133 | 30 | 25 | 40 | 8,4 | 104,9 |
25 | 140 | 35 | 30 | 40 | 12,8 | 107,2 |
30 | 147 | 35 | 35 | 40 | 26,1 | 109,2 |
2 ступень охлаждения | ||||||
15 | 109 | 25 | 20 | 40 | 5,1 | 85,6 |
20 | 116 | 30 | 25 | 40 | 6,9 | 87,6 |
25 | 122 | 35 | 30 | 40 | 10,6 | 88,8 |
30 | 149 | 40 | 35 | 40 | 26,6 | 89,8 |
3 ступень охлаждения | ||||||
15 | 88 | 25 | 20 | 40 | 3,8 | 64,3 |
20 | 94 | 30 | 25 | 40 | 5,2 | 65,2 |
25 | 100 | 35 | 30 | 40 | 7,9 | 66,3 |
30 | 106 | 40 | 35 | 40 | 16,1 | 67,2 |
Графическое изменение площади теплопередающей поверхности при изменении to.с. показано на рис.4.5.
Рис.4.5. График зависимости F=f(to.c.)
5. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
НА ПАРАМЕТРЫ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ КОМПРЕССОРА
Выбрав по таблице 4.2. один из режимов работы системы охлаждения, например, если расход воды по ступеням равен соответственно G1 = 6.2 кг/с, G2 = 5.1 кг/с, G3 = 3.8кг/с (расход воды в системе охлаждения рассчитанный при to.c.=15°C), можно оценить изменение температуры воздуха на выходе из газоохладителя, для данной системы, при изменении температуры окружающей среды.