Термодинамический расчет многоступенчатого поршневого компрессора

Поршневой z-ступенчатый компрессор зарядной станции производительностью G, , наполняя баллоны, сжимает газ по политропе с показателем nдо давления P_к, МПа. Начальные параметры газа P₀, кПа, и t₀, °С. Считать значения степеней сжатия для всех ступеней компрессора одинаковыми и, кроме того, после каждой ступени происходит охлаждение газа в холодильнике до начальной температуры t₀. Вода в холодильнике нагревается на Dt_в(теплоемкость воды C_в= 4190 ).

Требуется определить:

· степень сжатия в каждой ступени;

· температуру, давление и удельный объем газа в каждой ступени сжатия;

· теоретическую (без учета потерь и влияния «мертвого» объема цилиндров) мощность, потребляемую компрессором;

· расход охлаждающей воды в холодильнике.

Результаты расчета представить в виде таблиц 4 и 5.

Таблица 1

Исходные данные для расчета

Номер по журналу группы
G, г/с
t0, °С

Таблица 2

Исходные данные для расчета

Первая буква имени	А, Б,	В, Г	Д, Е	И, К	Л , М	Н, О	П, Р	С, Т	У, Ф, Ш	Ю, Я
P0, кПа
Pz, МПа	4,5					7,5	4,6		6,3
Газ	CO2	O2	B	С2H2	N2	B	CO2	O2	B	N2
z

Примечание:В – воздух.

Таблица 3

Исходные данные для расчета

Первая буква отчества	А, Б,	В, Г	Д, Е	И, К	Л , М	Н, О	П, Р	С, Т	У, Ф, Ш	Ю, Я
n	1,2	1,21	1,24	1,25	1,.23	1,27	1,28	1,29	1,3	1,22
D tв, °С

Таблица 4

Дано:

Вариант : 2

;

;

Газ - Воздух ;

- газовая постоянная;

;

;

;

.

Решение:

2. Поскольку после каждой ступени происходит охлаждение газа до начальной температуры, то температуры газа на входе всех ступеней будут одинаковы и равны начальной (указать в °С и К):

Т₀ = Т_1вх = Т_2вх = Т_iвх = … = Т_zвх = Т_вх.=288К.

3. Определить величину степени сжатия в одной ступени по формуле

4. Определить давления на входе и выходе из каждой ступени:

5. Определить температуру газа на выходе из каждой i-ой ступени до поступления его в теплообменник.

Поскольку значения постоянной политропы сжатия и степеней сжатия по условию задания для всех ступеней одинаковы, то и температуры газа на выходе каждой ступени будут равны (указать в °С и К).

Т₁ = = Т_2вых = Т_iвых = … =Т_zвых = Т_вых;

;

Далее необходимо провести расчеты значений удельного объема газа на входе и выходе каждой i-ой ступени сжатия (i – номер ступени, величина которой изменяется от 1до z ).

6. Определить удельный объем u_iвх=F(P_i-1, T₀ ) газа на входе в i-ую ступень компрессора из уравнения Менделеева-Клапейрона:

7. Определить удельный объем газа u_iвых = F(P_i, T_вых) на выходе из
i-ой ступени компрессора до охлаждения согласно уравнению Менделеева-Клапейрона:

Операции по п.п. 6 и 7выполняются последовательно столько раз, сколько ступеней в данном компрессоре, при этом значение i изменяется от 1 до z.

8. Определить величину работы l_i, необходимую для сжатия 1 кг газа в одной ступени. Поскольку степени сжатия и производительности ступеней компрессора одинаковы, то и работы, необходимые для сжатия 1 кг газа будут одинаковы для всех ступеней данного компрессора:

n=k

8. Определить величину теоретической (без учета потерь и влияния вредного объема цилиндров) мощности, потребляемую компрессором по формуле .

;

9. Определить необходимую мощность холодильника по формуле

10. Определить расход охлаждающей воды в холодильнике по формуле Расход перевести в м³/с, м³/ч, л/с, л/ч.

Результаты термодинамического расчета
многоступенчатого поршневого компрессора

Номер ступени	u,	P, кПа	T, К
	Вход	0,60
Выход	0,205	489,375
	Вход	0,153	489,375
Выход	0,052
3	Вход	0,10	1915,9
Выход	0,0134	7500,75

Таблица 5

Параметры	Обозначение	Единица измерения	Значение величины
Степень сжатия	3,915	---	---
Мощность компрессора		Дж/с	Вт
Мощность холодильника		Дж/с	Вт
Расход охлаждающей воды		кг/с

11. Построить на миллиметровой бумаге индикаторную диаграмму компрессора, вычислить ее площадь и проверить по ней выполненные расчеты.

Где:

Расчёт по формулам:

1 Ступень

2 Ступень

3 Ступень