Дипломная работа - Расчет конденсатора с воздушным охлаждением - файл 1 Kursovaya XM.doc

Дипломная работа - Расчет конденсатора с воздушным охлаждением
скачать (1525.7 kb.)
Доступные файлы (15):
1 Kursovaya XM.doc883kb.21.04.2011 19:00скачать
n3.bak
n4.cdw
n5.doc1009kb.16.06.2011 01:56скачать
n6.docx33kb.23.06.2011 01:24скачать
n7.docx178kb.02.06.2011 20:17скачать
n8.doc722kb.29.05.2011 05:22скачать
n9.doc197kb.06.06.2011 12:10скачать
n10.docx13kb.16.06.2011 03:37скачать
n11.bak
n12.cdw
n13.bak
n14.cdw
n15.bak
n16.cdw

1 Kursovaya XM.doc

Содержание

Стр.

Техническое задание……………….....................................................................................................3

Исходные данные...............................................................................................................................3

1. Описание проектируемого компрессора…………................................................................4

2. Термодинамический расчет холодильного компрессора…….....................................4

2.1. Рабочий режим.............................................................................................................4

2.2. Стандартный режим..................................................................................................6

3. Определение геометрических размеров...........................................................................8

4. Газодинамический расчет компрессорной машины......................................................9

4.1. Расчет полосового клапана..................................................................................9

4.2. Расчет нагнетательного патрубка................................................................10

4.3. Расчет всасывающего патрубка.........................................................................10

5. Выбор электродвигателя.......................................................................................................11

6. Динамический расчет...............................................................................................................12

7. Прочностные расчеты..............................................................................................................14

7.1. Поверочный расчет днища поршня.....................................................................15

7.2. Проверочный расчет поршневого пальца.......................................................15

7.3. Прочностной расчет шатунных болтов..........................................................15

7.4. Прочностной расчет цилиндра............................................................................16

7.5. Прочностной расчет шпилек стягивающих клапанные доски и крышки цилиндров...........................................................................................................................................16

7.6. Прочностной расчет болтов для крепления противовесов..................16

7.7. Поверочный расчет нижней шейки шатуна...................................................17

7.8. Поверочный расчет верхней шейки шатуна.................................................17

7.9. Поверочный расчет бобышек под поршневой палец.................................17

8. Расчет противовесов.............................................................................................................18

9. Проверочный расчет подшипников....................................................................................19

Список литературы.......................................................................................................................21




Техническое задание
Разработать и спроектировать поршневой холодильный непрямоточный компрессор по следующим техническим данным:

холодопроизводительность 35кВт;

хладагент R22
Исходные данные
Холодильный агент R22

Охлаждение цилиндров парами холодильного агента

Исполнение бессальниковый

Холодопроизводительность

Температура хладоносителя

на выходе из испарителя tx 2= 00C

Температура воды

на входе в конденсатор tв 1 = 300C

  1. Описание проектируемого компрессора


Проектируемый компрессор – холодильный, поршневой, одноступенчатый, непрямоточный, двухцилиндровый, вертикальный, с блок-картерным исполнением, простого действия, безкрейцкопфный, со встроенным электродвигателем, бессальниковый, со свободно-принудительной системой смазки (смазка от насоса и разбрызгиванием), стационарный, со среднетемпературным режимом работы, фреоновый, средней холодопроизводительности.

Смазка механизма движения осуществляется как с помощью разбрызгивания, так и с помощью шестеренчатого маслонасоса.

Норма расхода смазки для цилиндров составляет . Применяются масла типа ХФ-22-18.

В компрессоре применяются чугунные поршни, клапаны на всасывании и нагнетании приняты согласно расчетам – полосовые.

Охлаждение цилиндров – парами холодильного агента (R22). Пар через всасывающий патрубок проходит через электродвигатель, охлаждая его, гильзу и затем идет на всасывание. Место посадки уплотнено специальными паранитовыми прокладками.

Ротор электродвигателя выполняет роль маховика. Маховик в свою очередь является аккумулятором энергии поршневого компрессора, позволяющим преодолеть инерцию механизма движения в мертвых точках.

Маслонасос шестеренчатый встроенного типа. Масло после маслонасоса подается на смазку в пары трения через сверление в валу и шатуне. При этом перед попаданием в маслонасос оно проходит фильтр грубой очистки.

Подшипниковые опоры – шариковые двухрядные.
2. Термодинамический расчет холодильного компрессора

2.1. Рабочий режим

Температуру фреона на входе в испаритель

.

Температуру кипения в испарителе можно найти из выражения

.

Температуру воды на выходе из конденсатора

.

Температуру конденсации примем равной .

Для фреоновых компрессоров температура на всасывании .

Температура переохлаждения для фреоновых компрессоров определяется из уравнения теплового баланса регенеративного теплообменника.








Имея температуры строим цикл ХМ для рабочего режима в

-диаграмме:



Рисунок 2.1 – i,p–диаграмма рабочнго цикла.

Таблица 2.1 – Значения параметров в характерных точках рабочего цикла

Параметр

Точки



1

2s



3

4



0,41

0,41

1,5

1,5

1,5

0,41



-5

+20

+85

+39

+27

-5



602

621

657

450

435

435





0,065










Для рабочего цикла определяем отношение давлений

.

Определяем удельную массовую холодопроизводительность:

.

Удельная работа адиабатного сжатия в конденсаторе



Удельная нагрузка на конденсаторе



Определяем удельную объемную холодопроизводительность:

.
Удельная тепловая нагрузка на регенератор



Массовый расход


Действительная объемная производительность



Мощность адиабатного сжатия



Коэффициент плотности ?пл=0,957 при ? =3,66

Коэффициент подогрева

Индикаторный КПД

Механический КПД

Эффективный КПД

Эффективная мощность

Индикаторная мощность

Определяем коэффициент подачи компрессора на рабочем режиме

.

Задаемся величиной , тогда

.

.

Тогда .

Находим теоретическую объемную производительность компрессора:

.

Для рабочего цикла определяем мощность электродвигателя в следующем порядке:

.
2.2 Расчет стандартного среднетемпературного режима
Для среднетемпературного стандартного режима принимаются следующие температуры:

; ; .

Строим стандартный цикл ХМ в i,p-диаграмме.

Температура переохлаждения для фреоновых компрессоров определяется из уравнения теплового баланса регенеративного теплообменника.







Таблица 2.2 – Значения параметров в характерных точках стандартного цикла

Параметр

Точки



1

2s



3

4



0,3

0,3

1,25

1,25

1,25

0,3



-15

20

93

30

13

-15



598

623

664

439

419

419





0,083










Для стандартного режима определяем отношение давлений

.

Определяем удельную массовую холодопроизводительность:

.

Удельная работа адиабатного сжатия в конденсаторе



Удельная нагрузка на конденсаторе



Удельная тепловая нагрузка на регенератор



Определяем удельную объемную холодопроизводительность:

.

Коэффициент плотности ?пл=0,95 при ? =4,17

Коэффициент подогрева

Индикаторный КПД

Механический КПД

Эффективный КПД

Эффективная мощность

Определяем коэффициент подачи компрессора на рабочем режиме

.

Задаемся величиной , тогда

.




.

Тогда



Массовый расход



Действительная объемная производительность



Мощность адиабатного сжатия



Находим теоретическую объемную производительность компрессора:

.

.

Дальнейший расчет будем вести для рабочего режима.
3. Определение геометрических размеров
Принимаем V-образную схему компрессора.

Для непрямоточных машин величина ?=S/D=0,55…0,8. Значение средней скорости поршня см для безкрейцкопфных поршневых компрессоров должна лежать в пределах от 2 до 4,5 м/с. Ход поршня принимаем S=66мм и частоту вращения коленвала n = 24 об/с , тогда

cm­= 2*S*n = 2*0,066*24 = 3.17 м/с.

Определяем диаметр поршня ступени:

.

Принимаем D=95 мм.

Уточняем значение ?



Задаемся величиной .

Подбираем электродвигатель 4А 160S4 У3 мощностью 15 кВт и частотой 1500 об/мин .

Крутящий момент можно найти по формуле:

.

Для стали 40Х, вид термообработки улучшение, допустимое касательное напряжение составляет . Отсюда можно найти касательное напряжение при кручении:

.

Приближенно диаметр шейки коленвала, изготовленного из стали 40Х, можно определить по формуле:

.

Исходя из конструктивных соображений принимаем d=35 мм.

Диаметр шейки коленвала



Относительная длина шатуна .

Длина шатуна .

Масса поступательно движущихся частей определяем по найденному значению D пользуясь графиком в методических указаниях [1] :


4. Газодинамический расчет компрессорной машины

4.1. Расчет полосового клапана

Всасывание

Суммарная площадь проходного сечения в щелях клапана равна

fвс=1,32∙hmax∙l∙n = 1,32∙1,8∙103∙0,05∙3 = 3,56∙104 м2.

Скорость

?вс = М/(?вс∙ fвс) = 0,21/(15,38∙3,56∙104) = 38,35 м/с.

Число Маха



Расчетная эквивалентная площадь всасывающего клапана



где ?m= 2∙S∙n = 2∙0,066∙24 = 3,168 м/с – средняя скорость поршня.

.

Действительная эквивалентная площадь всасывающего клапана






где – коэффициент расхода щели.

Условие Фдейст ? Фрасч выполняется.

Нагнетание

Суммарная площадь проходного сечения в щелях клапана равна

fнаг=1,32∙hmax∙l∙n = 1,32∙1,8∙103∙0,05∙1 = 1,188∙104 м2.

Скорость

?наг = М/(?наг∙ fнаг) = 0,21/(50∙1,188∙104) = 35,35 м/с.

Число Маха



Расчетная эквивалентная площадь нагнетательного клапана



Действительная эквивалентная площадь нагнетательного клапана



Условие Фдейст ? Фрасч выполняется.
4.2. Расчет нагнетательного патрубка
Скорость холодильного агента в нагнетательном патрубке:

.

Принимаем проходное сечение нагнетательного патрубка cн = 35 м/с (для по [1], табл. 4.2).

.

Диаметр нагнетательного патрубка:

.

Принимаем dн = 25 мм.
4.3. Расчет всасывающего патрубка
Скорость холодильного агента во всасывающем патрубке:

,

Принимаем проходное сечение нагнетательного патрубка при cвс = 35 м/с.

.



Диаметр всасывающего патрубка:

.

Принимаем dвс = 34 мм.
5. Выбор электродвигателя
Мощность электродвигателя:

Nэд=12,49 кВт.

Выбираем электродвигатель асинхронный серии 4АК закрытый обдуваемый (ГОСТ 19523-81).

Мощность электродвигателя Nэд=15 кВт., типоразмер 160S4У3, скольжение s=5%, частота вращения 1460 об/с, КПД 89%, cos ? = 0,86, Ммахном=2,2, Ip=22А, Up= 305 В, m = 160 кг.

Эффективный холодильный коэффициент поршневого компрессора:

.

Маховый момент маховика равен:



где - максимальная по площади площадка между усредняющей осью и графиком ;

- масштаб тангенциальных сил;

- масштаб длины окружности;

? = 1/200 – степень неравномерности вращения коленчатого вала .

Маховый момент маховика равен:

,

где .

MмахDкр> MмахDрасч, значит условие выполняется.
6. Динамический расчет

ИСХОДHЫЕ ДАHHЫЕ

Параметр

p1

p2

с

D

s

n

?R

n

m

mПС

Ni

?мех

Обозначение в программе

p1, кПа

p2, кПа

am

D, м

S, м

nO, об/мин

lambda

R

n

m

ms, кг

Nинд, кВт

ETA

мех

Величина

410

1500

0,04

0,095

0,066

1440

0,17

1,18

1,13

3,86

9,371

0,95



РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА

(все силы в кH, углы в градусах )
модуль Fтр.пс = 0.093 Fтр.вр = 0.062 Pr.2= 2.906
alfa= 0.0 x=0.0000 Pg1= -10.632

J= 3.389 Psum= -4.244 N= 0.000

delta= 0.0 Pshat= -4.244 T= 0.000 Z= -4.244
alfa= 20.0 x=0.0023 Pg1= -5.216

J= 3.099 Psum= 0.883 N= 0.051

delta=23.3 Pshat= 0.881 T= 0.349 Z= 0.809
alfa= 31.6 x=0.0057 Pg1= -2.906

J= 2.688 Psum= 2.781 N= 0.247

delta=36.7 Pshat= 2.770 T= 1.656 Z= 2.221
alfa= 40.0 x=0.0089 Pg1= -2.906

J= 2.304 Psum= 2.398 N= 0.260

delta=46.2 Pshat= 2.384 T= 1.720 Z= 1.650
alfa= 60.0 x=0.0186 Pg1= -2.906

J= 1.202 Psum= 1.296 N= 0.189

delta=68.3 Pshat= 1.282 T= 1.191 Z= 0.474
alfa= 80.0 x=0.0300 Pg1= -2.906

J= 0.040 Psum= 0.134 N= 0.022

delta=89.4 Pshat= 0.132 T= 0.132 Z= 0.001
alfa=100.0 x=0.0414 Pg1= -2.906

J= -0.966 Psum= -0.872 N= -0.144

delta=109.4 Pshat= -0.860 T= -0.811 Z= 0.285
alfa=120.0 x=0.0516 Pg1= -2.906

J= -1.694 Psum= -1.601 N= -0.233

delta=128.3 Pshat= -1.584 T= -1.243 Z= 0.981
alfa=140.0 x=0.0594 Pg1= -2.906

J= -2.133 Psum= -2.040 N= -0.222

delta=146.2 Pshat= -2.028 T= -1.128 Z= 1.685




alfa=160.0 x=0.0643 Pg1= -2.906

J= -2.345 Psum= -2.251 N= -0.131

delta=163.3 Pshat= -2.247 T= -0.645 Z= 2.153

alfa=180.0 x=0.0660 Pg1= -2.906

J= -2.404 Psum= -2.311 N= -0.000

delta=180.0 Pshat= -2.311 T= -0.000 Z= 2.311
alfa=180.0 x=0.0660 Pg1= -2.906

J= -2.404 Psum= -2.497 N= -0.000

delta=180.0 Pshat= -2.497 T= -0.000 Z= 2.497
alfa=200.0 x=0.0643 Pg1= -2.991

J= -2.345 Psum= -2.523 N= 0.146

delta=196.7 Pshat= -2.519 T= 0.723 Z= 2.413
alfa=220.0 x=0.0594 Pg1= -3.272

J= -2.133 Psum= -2.592 N= 0.282

delta=213.8 Pshat= -2.577 T= 1.433 Z= 2.142
alfa=240.0 x=0.0516 Pg1= -3.836

J= -1.695 Psum= -2.718 N= 0.396

delta=231.7 Pshat= -2.689 T= 2.111 Z= 1.666
alfa=260.0 x=0.0415 Pg1= -4.899

J= -0.966 Psum= -3.052 N= 0.504

delta=250.6 Pshat= -3.010 T= 2.840 Z= 0.999
alfa=280.0 x=0.0300 Pg1= -6.988

J= 0.040 Psum= -4.135 N= 0.683

delta=270.6 Pshat= -4.078 T= 4.078 Z= -0.044
alfa=297.1 x=0.0202 Pg1= -10.640

J= 1.029 Psum= -6.799 N= 1.018

delta=288.5 Pshat= -6.722 T= 6.373 Z= -2.138
alfa=300.0 x=0.0186 Pg1= -10.632

J= 1.201 Psum= -6.618 N= 0.964

delta=291.7 Pshat= -6.547 T= 6.083 Z= -2.421
alfa=320.0 x=0.0089 Pg1= -10.632

J= 2.304 Psum= -5.516 N= 0.599

delta=313.8 Pshat= -5.483 T= 3.958 Z= -3.794
alfa=340.0 x=0.0023 Pg1= -10.632

J= 3.099 Psum= -4.721 N= 0.274

delta=336.7 Pshat= -4.713 T= 1.867 Z= -4.327
alfa=360.0 x=0.0000 Pg1= -10.632

J= 3.389 Psum= -4.431 N= 0.000

delta=360.0 Pshat= -4.431 T= 0.001 Z= -4.431




7. Прочностные расчеты

7.1. Поверочный расчет днища поршня

Днище поршня рассчитываем как круглую плиту, заделанную по периметру.

Расчетное напряжение изгиба:

,

где – максимальное избыточное давление;

r– радиус заделки днища поршня;

;

толщина днища; .

Тогда

.

Допускается для днища чугунных поршней , что соответствует расчетам.
7.2. Проверочный расчет поршневого пальца

Поршневой палец рассчитывается как балка на двух опорах с равномерно распределенной нагрузкой по длине шатунного подшипника.

Напряжение в пальце:

.

Максимальный изгибающий момент в среднем сечении пальца:

.

Газовая сила равна:

.

соответствующие отрезки (см. рис.).



.

Момент сопротивления изгибу:

,

где ; – наружный и внутренний диаметр пальца.

.

Тогда

.

Допустимое значение ,

где – коэффициент запаса;

для стали 40Х.

[?]< ?вр – толщина пальца удовлетворяет прочностным характеристикам.
7.3. Прочностной расчет шатунных болтов

Шатунные болты проверяются на разрыв от максимальной силы инерции поршня и шатуна и усилия затяжки .

Разрывное напряжение равно:

,

где – число болтов;

площадь наименьшего сечения болта.

Рассчитывающее усилие от силы инерции шатуна:

,

где – масса вращающейся части шатуна без крышки,



где – масса шатуна.

радиус кривошипа.

угловая скорость вращения вала.



из динамического расчета.

.

.

допустимый предел текучести для стали 40Х, толщина пальца удовлетворяет расчетам.




7.4. Прочностной расчет цилиндра

Напряжение во внутренней стенке определяется по



где pуд – удельное боковое давление на поршень



где Nmax – из динамического расчета.



Допустимое напряжение для чугуна СЧ [?]=10 МПа > ? = 9,9 МПа
7.5. Прочностной расчет шпилек стягивающих клапанные доски и крышки цилиндров

Напряжение в шпильке с учетом коэффициента затяжки паранитовой прокладки m= 1,4 определяются по



где pн изб, pвс изб – избыточное давление нагнетания и всасывания КМ;

Fн , Fвс , Fпр кл – площади, ограниченные средним уплотнительным контуром прокладок соответственно: в крышке на стороне нагнетания, в крышке на стороне всасывания, в цилиндре под клапанной доской;

dвн ­– внутренний диаметр резьбы шпильки;

z – количество шпилек.

[?] = 50 МПа > 49,8 МПа = ?, условие выполняется.
7.6. Прочностной расчет болтов для крепления противовесов

Напряжение в болте с учетом коэффициента затяжки n = 1,25 (стальная шайба)



где Rпр= mпр∙?2∙rпр= 1,5∙242∙0,054 = 46,66 Н — центробежная сила, развиваемая противовесом (rпр– радиус центра масс противовеса);

внутренний диаметр резьбы винта

z – число болтов.

Для стали Ст35 [?] = 600 МПа > 0,7 МПа = ?, условие выполняется.

7.7. Поверочный расчет нижней шейки шатуна

Проверяется максимальное удельное давление на вкладыш подшипника скольжения залитого баббитом



где l – осевая длина головки шатуна, м ;

d – диаметр шатунной шейки, м .

[qmax]= 11 МПа > 6,86 = qmax , условие выполняется.

Количество теплоты отведенной в подшипнике скольжения в нижней головке шатуна пропорционально qср∙v



[qcp∙v] = 15 МН/(м∙с) > 6,46 МН/(м∙с) = qср∙v условие выполняется.
7.8. Поверочный расчет верхней шейки шатуна

Прочность верхней головки шатуна проверяется по Ршат мах. Удельное давление на диаметральную плоскость определяется по



где l – осевая длина верхней головки шатуна, м;

Dвн – внутренний диаметр головки шатуна (без вкладыша), м.

Напряжение в верхней головке шатуна определяется по



где Dн, Dвн – диаметры головки шатуна.

[?] = 50 МПа > 23,4 МПа = ?, условие выполняется.
7.9. Поверочный расчет бобышек под поршневой палец

Массовое удельное давление поршневого пальца на внутреннею поверхность бобышки



где dнар – наружный диаметр пальца, м;

а – глубина захода поршневого пальца в бобышку, м.

Напряжение в стенке бобышке



где D1, D2 – наружный и внутренний диаметр бобышки.

Для чугуна [?] = 25 МПа > 14 МПа = ?, условие выполняется.




8. Расчет противовесов

Для уравновешивания сил инерции (их момента) от поступательно движущихся частей первого порядка и момента сил инерции от вращающихся масс применяют противовесы.

Необходимая масса противовеса определяется по формуле:



где R = 0,033 м – радиус кривошипа;

rпр= 0,06 м – радиус противовеса;

mпс = 3,86 кг – масса поступательно движущихся частей.

Масса вращающихся частей :



где mшейки = ?*rшейки2* lшейки*? = 3,14*0,022*0,075*7220 = 0,68 кг,

mщеки = l*b*s*? = 0,078*0,03*0,046*7220 = 0,78 кг.

mшат = 4,0 кг – масса шатуна;
Сила инерции от вращающихся частей

Iвр= mвр*?2*R = 4,576*242*0,033 = 86,96 Н

Iпс1= mпс*?2*R = 3,86*242*0,033 = 73,37 Н

I = Iвр+ Iпс1= 86,96+73,37 = 160,35 Н.

Из условия равновесия коленвала

mпс*rпс= ? mi*ri.

I = 2*Iпр = 2*?2*mпс*rпс= 160,35 Н.

Характеристики противовеса и его частей сведены в таблицу

Таблица 8.1

Части противовеса

Si2

mi , кг

ri , м

i*ri , кг*м

Круговой сектор

0,009184

66,3∙b

0,0599

3,978∙b

Срезанные части : треугольник

0,000417

3,01∙b

0,0093

0,028∙b

прямоугольник

0,000495

3,574∙b

0,0195

0,0697∙b

сегмент

0,000206

0,863∙b

0,088

0,0759∙b

Головки болтов



0,095∙b

0,089

0,0084


Ширина противовеса

9. Проверочный расчет подшипников

Рисунок 9.1 – Расчетная схема.

Исходные данные:
Сила от крутящего момента



откуда кН;

По динамическому расчету определяем положение, при котором силы и достигают одновременно наибольших значений, при ? = 2970.

;

.



Реакции опор:

Плоскость YZ ; ;

кН;

; ;

кН;

Плоскость XZ ; ;

кН;

; ;

кН;




Суммарные реакции:

кН;

кН;
Подбираем подшипник по более нагруженной опоре В. Намечаем шарикоподшипник радиальный, сферический двухрядный(легкая узкая серия) 1208 ([3] табл. П4).

d = 40 мм; С = 19,0 кН; C0 = 8,55кН; e = 0,22; x = 1; y = 2,54 для .

Эквивалентная нагрузка:

,

где – при вращении наружного кольца;

– коэффициент безопасности ([8], табл. 9.19);

– температурный коэффициент.

кН.

Расчетная долговечность:

млн. об.

Расчетная долговечность:

ч.

Срок службы подшипника 12000 часов.

Так как , то найденная долговечность приемлема.




Список литературы


  1. Н.Н. Кошкин, И.А. Сакуна и др. Холодильные машины. – Л.: Машиностроение, 1985 – 542 с.

  2. Е.М. Бамбушек, Н.Н. Бухарин и др. Тепловые и конструктивные расчеты холодильных машин. – Л.: Машиностроение, 1987 – 424 с.

  3. Н.М. Чернавский. Курсовое проектирование деталей машин. – М.: Машиностроение, 1989.

  4. М.И. Френкель. Поршневые компрессоры. – Л.: Машиностроение, 1969 – 743 с.

  5. Методические указания к курсовому и дипломному проектированию «Расчет и выбор самодействующих клапанов объемных холодильных компрессоров». – Сумы: «Энергетика».

  6. В.М. Арсеньев. Методические указания к курсовому проектированию объемных компрессоров «Термодинамический расчет поршневого холодильного компрессора». – Харьков: ХПИ, 1984 – 10 с.



Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации