Введение. Правила техники безопасности при выполнении лабораторных работ
НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ МАШИНЫ
методические указания по выполнению лабораторных работ для студентов всех форм обучения направления подготовки 16.03.03 – Холодильная, криогенная техника и системы жизнеобеспечения
Краснодар
Составители: канд. техн. наук, доц. В.И.Алешин;
канд. техн. наук, доц. М. В. Шамаров,
Низкотемпературные машины:методические указания по выполнению лабораторных работ для студентов всех форм обучения направления подготовки 16.03.03 –Холодильная, криогенная техника и системы жизнеобеспечения. / Сост: В.И.Алешин, М.В.Шамаров; Кубан.гос.технол.ун-т. Каф. технологического оборудования и систем жизнеобеспечения. –Краснодар, 2015. – 84с.
Изучаются особенности конструкций компрессорных машин объемного и динамического действия. Рассматриваются области применения, как холодильных компрессорных машин, так и компрессоров общего назначения.
Ил. – 65, Табл. –7, Прил. – 1, Библиогр. – 7 наим.
Рецензенты:
канд. техн. наук, доцент кафедры ТОиСЖ КубГТУ Ю.С.Беззаботов;
инженер-проектировщик I категории ООО «Энсол» А.В.Видлога.
Содержание
| Введение. Правила техники безопасности при выполнении лабораторных работ | ||
| Лабораторная работа №1. Поршневые компрессоры холодильных машин | ||
| Лабораторная работа №2. Изучение конструкции воздуходувки РУТС | ||
| Лабораторная работа №3. Конструкции ротационных компрессоров | ||
| Лабораторная работа № 4. Изучение конструкций винтовых холодильных компрессоров | ||
| Лабораторная работа №5. Изучение конструкции спирального компрес-сора | ||
| Лабораторная работа №6. Анализ конструкций компрессоров динами- ческого действия (центробежные компрессоры) | ||
| Лабораторная работа №7. Анализ конструкций компрессоров динами- ческого действия (осевые компрессоры) | ||
| Список рекомендуемой литературы |
Введение. Правила техники безопасности при выполнении лабораторных работ
Дисциплина Низкотемпературные машины традиционно является профессиональной базовой и одной из основных при подготовке бакалавров по направлению 141200 – Холодильная, криогенная техника и системы жизнеобеспечения.
Ей принадлежит важная роль при формировании бакалавра (механика), занимающегося конструированием, проектированием, эксплуатацией и ремонтом низкотемпературной техники.
Изучение дисциплины дает будущим специалистам знания по термо- и газодинамическим основам сжатия различных газов, по теоретическим и реальным циклам одно- и многоступенчатых компрессорных машин различных типов, детандеров различных типов; изучение конструкций детандеров и компрессоров объемного и динамического действия, способов регулирования производительности компрессорных и детандерных машин.
Для более глубокого и полного изучения дисциплины учебным планом предусматривается выполнение лабораторных работ. Перед выполнением каждой лабораторной работы необходимо изучить рассматриваемый вопрос по рекомендованной литературе. Для подготовки к защите лабораторных работ приведены контрольные вопросы, на которые студент должен ответить.
Каждый студент перед выполнением лабораторных работ обязан пройти инструктаж по технике безопасности и правилам выполнения работ в лаборатории и расписаться в журнале по технике безопасности.
1. Приступая к выполнению лабораторной работы, студент должен подробно ознакомиться с методическими указаниями, подготовить в отчете таблицы замеров и расчетов.
2. К лабораторной работе допускается студент только после собеседования с преподавателем по методике выполнения работы.
3. Перед началом работы проследить, чтобы на стенде отсутствовали посторонние предметы.
4. Пуск лабораторного стенда разрешается только в присутствии преподавателя или учебного мастера.
5. Регулировку приборов автоматики производить только инструментом с изолированными ручками.
6. Запрещается прикасаться к движущимся механизмам не только при их работе, но и при автоматической остановке, так как внезапное включение машины может привести к несчастному случаю.
7. При возникновении неисправностей в работе стенда немедленно выключить его и доложить об этом преподавателю или учебному мастеру.
8. В случае попадания людей под электрическое напряжение следует немедленно выключить рубильник на силовом щите лаборатории.
Рисунок 6.3 - Конструктивное выполнение боковых подводов
Рабочее колесо является тем элементом рабочей части, в котором происходит преобразование механической энергии привода в кинетическую энергию потока перекачиваемого газа. Это налагает особые требования к совершенству проточной части, точности изготовления, качеству поверхности.
Конструктивное выполнение рабочих колес центробежных компрессоров (ЦБК) различно. Колесо закрытого типа состоит из основного 3 и покрывающего 1 (переднего) дисков, между которыми располагаются профилированные лопатки 2 , образующие круговою решетку. Диски выполняются из поковок, либо штампуются. Кованые диски применяются при окружных скоростях на выходе из рабочего колеса u2=200 м/с. При u2<200 м/с основной ведущий диск выполняется цельнокованым, а ведомый (покрывной) - штампованным. Соединение отштампованных лопастей с диском с помощью заклепок, сварки, пайки. Лопасти бывают одинарной кривизны (цилиндрические) и двойной кривизны (пространственные). В некоторых случаях применяют укороченные (через одну) лопасти для уменьшения стеснения потока при выходе на решетку. Клепаное соединение лопастей осуществляется заклепками. Заклепки могут изготавливаться вместе с лопаткой или быть сквозными. В первом случае сложно изготовить лопатку с заклепками, во втором требуется повышенная толщина лопатки.
Рисунок 6.4
При окружных скоростях u2> 300 м/с применяются полуоткрытые колеса, у которых отсутствует передний покрывающий диск. Лопасти и ведущий диск получают либо фрезерованием, либо электроэрозионной обработкой из одной поковки. Торцы лопаток обрабатываются по шаблону. Рабочие колеса ЦБК выполняются с односторонним или двухсторонним входом.
Рисунок 6.5 – Конструкции отводящих устройств
Отводящее устройство лопастного компрессора предназначено для:
- обеспечения осесимметричного потока за рабочим колесом и отвода газа из него;
- гашения скорости потока за колесом ;
- преобразования кинетической энергии потока газа в потенциальную энергию давления.
В одноступенчатых компрессорах наибольшее распространение получили спиральные отводы, в многоступенчатых - лопастные и составные (рисунок 6.5).
Спиральный отвод представляет собой канал с возрастающей площадью живого сечения в направлении вращения. На участке а - б происходит отвод потока от рабочего колеса, на участке б - в - преобразование энергии (диффузор). Сечение канала в виде круга, трапеции, прямоугольника. Лопаточный диффузор представляет собой круговую решетку профилированных лопаток , расположенную за рабочим колесом: а -б - спиральный участок, б - в - диффузор. Неподвижные лопатки либо привариваются к диску, либо выфрезеровываются из поковки.
В многоступенчатом компрессоре газ необходимо подвести к следующей ступени, обеспечив определенные энергетические и кинематические условия на входе в рабочее колесо. Эти функции выполняет обратный направляющий аппарат. Он представляет собой круговую решетку неподвижных профилированных лопаток.
В большинстве своем ЦБК выполняются многоступенчатыми. Конструктивное выполнение определяется рабочей средой, отношением давлений, объемной производительностью, количеством промежуточных холодильников. Основные детали ЦБК это ротор, корпус, уплотнения и опоры.
Ротор представляет собой отдельный сборочный элемент, состоящий из вала с закрепленными на нем рабочими колесами, разгрузочным барабаном, полумуфтой втулки уплотнения и др. Рабочие колеса и барабан устанавливают на вал по неподвижной посадке. В качестве материала используются легированные стали (хромоникелевые, хромомолибденовые). Ротор в сборе балансируется на балансировочных станках.
Корпус компрессора имеет разъемы горизонтальный и вертикальный. Части корпуса уплотняются прокладкой, фиксируется штифтами. Элементы корпуса имеют сложную пространственную форму. Корпуса, как правило, чугунные. Обязательно проходят испытание пробным давлением Рп = (1,25-1,5) Рраб.мах.
Уплотнения обычно лабиринтные, многокамерные, или торцевые контактные с графитовыми кольцами.
В качестве опор применяются подшипники скольжения с принудительной смазкой. Выполнены из стали со слоем баббита, нанесенным гальваническим образом. Допускаемая температура вкладышей 60°С.
Производительность компрессора
м3/с,
где М - массовая производительность, кг/с ;
- коэффициент сжимаемости реального газа, (»1) ;
R = 8310/m - газовая постоянная ;
Т1 p1 - температура и давление на всасывании, (К, Па);
m - молекулярная масса .
Теоретическая производительность ЦБК отличается от действительной на величину протечек газа через зазоры между вращающимися колесами и неподвижным статорными деталями под действием перепада давлений DР = P1- P2.
Для уменьшения протечек выполняют лабиринтные уплотнения.
Vпр = DV1 + Vраз + Vky, м3/с
где DV1 - протечки через лабиринтные уплотнения, м3/с;
Vраз - протечки через разгрузочное устройство, м3/с;
Vky - протечки через концевые уплотнения, м3/с;
- коэффициент подачи;
- теоретическая производительность, м3/с;
Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с настоящими методическими указаниями.
2. Изучить классификацию и устройство компрессоров динамического действия.
3. Изучить основные узлы и принцип работы осевого компрессора.
4. Оформить отчет.
5. Подготовить ответы на контрольные вопросы.
Рекомендуемая литература
4. Михайлов А.К., Ворошилов В.П. Компрессорные машины: Учебник для вузов. -М.: Энергоатомиздат, 1989. -288 с.
5. Крайний И.А. Машины низкотемпературной техники: Учебное пособие. Часть 1, -Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. -Кемерово, 2004. -131с.
6. Теория и расчет турбокомпрессоров. Под ред. К.П.Селезнева. -Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1986.
Осевые компрессоры
В осевых компрессорах газ через входной патрубок 1 (рисунок 7.1) поступает в промежуточную часть компрессора и перемещается последовательно от лопаток входного направляющего аппарата 3, через группу ступеней, спрямляющий аппарат 6, диффузор 7 и выходной патрубок 9.
Рабочие колеса 4 ступеней вместе с валом, на котором они насажены, образуют ротор; направляющие аппараты 5 вместе с корпусом, в котором они закреплены, - статор. Ротор опирается на подшипники 8, которые обычно выполняются в виде подшипников скольжения.
Входной патрубок 1служит для равномерного подвода газа из подводящего трубопровода к кольцевому конфузору 2, который предназначен для ускорения потока перед входным направляющим аппаратом 3 и создания равномерного поля скоростей и давлений.
Конструктивное исполнение ступени осевого компрессора отличается меньшей сложностью, чем у центробежного компрессора.
Рисунок 7.1 - Осевой компрессор
| 1 |
Рисунок 7.2 – Рабочее колесо
Рабочее колесо состоит из ступицы 1 (рисунок 7.2) на поверхности которой по окружности равномерно расположены профилированные лопасти 2. Лопасти могут крепиться к ступице неподвижно, либо иметь способность разворачиваться на определенный угол вокруг своей оси. Неподвижная лопасть состоит из профильной рабочей части 3 и цапфы 4 с замком для крепления к ступице.
Лопатки направляющего аппарата также могут быть неподвижными либо поворотными. Поворот лопаток может осуществляться как при остановленном, так и работающем компрессоре.
Осевые компрессоры выполняются многоступенчатыми. В каждую ступень входит комплект лопастей ротора (рабочее колесо) и комплект лопаток корпуса (направляющий аппарат), лежащих в плоскостях, перпендикулярных оси вращения.
При необходимости предварительной закрутки газового потока перед поступлением в рабочее колесо первой ступени устанавливается входной направляющий аппарат иногда с поворотными лопатками. Передаваемая через вал ротора энергия привода в межлопастных каналах преобразуется кинетическую энергию газового потока. В направляющих аппаратах кинетическая энергия преобразуется в потенциальную.
Напор (давление) газового потока последовательно растет от ступени к ступени компрессора. Перед поступлением газа в выходной патрубок, газ попадает в безлопаточный диффузорный участок, обеспечивающий минимально необходимую выходную скорость газового потока.
Производительность осевых компрессоров весьма велика и достигает 2000 м3/мин, поэтому они нашли свое применение как высокопроизводительные машины для подачи воздуха в камеры сгорания газотурбинных установок, которые используются в летательных аппаратах (двигатели) и в качестве приводов центробежных нагнетателей природного газа на компрессорных станциях магистральных газопроводов.
Рисунок 6.8 – Рабочая характеристика лопастного компрессора
В лопастных компрессорах производительность V, напор Н, мощность N, и КПД 
связаны между собой. Эта взаимосвязь определена характеристикой компрессора (рисунок 7.3). С увеличением давления в нагнетательном патрубке из-за повышенного статического напора и сопротивления системы производительность уменьшается. Конечное давление Рк может повышаться до некоторого максимального (критического) Ркр. При дальнейшем снижении производительности V<VKp конечное давление будет уменьшаться: Рк <Ркр. В диапазоне 0<V<Vкp компрессор в системе может работать неустойчиво с самопроизвольным колебанием Р и V, этот диапазон называется зоной неустойчивости . Работа компрессора в этой зоне не рекомендуется. Диапазон производительностей V>Vкp называется зоной устойчивой работы компрессора. Режим работы при 
мах называется оптимальным, вблизи ( ±3%) - номинальный. Работа компрессора в этом диапазоне наиболее благоприятна с точки зрения экономичности и динамической устойчивости.
6.5 Содержание отчета
1. Классификация компрессоров динамического действия.
2. Принцип работы осевого компрессора.
3. Краткое описание конструкции и назначение отдельных элементов осевого компрессора.
4. Основные преимущества и области применения осевых компрессоров.
Контрольные вопросы
1. Каковы основные преимущества осевых компрессоров по сравнению с центробежными?
2. Как изображается конструктивная схема осевого компрессора и какие элементы входят в его состав?
3. Вследствие каких процессов происходит сжатие в осевом компрессоре?
4. Что такое ступень осевого компрессора?
Список использованных источников
1. Михайлов А.К., Ворошилов В.П. Компрессорные машины: Учебник для вузов. –М.: Энергоатомиздат, 1989.
2. Поршневые компрессоры. Под ред. Б.С.Фотина. –Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1987.
3. Сакун И.А. Винтовые компрессоры. –Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1970.
4. Теория и расчет турбокомпрессоров. Под ред. К.П.Селезнева. -Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1986.
5. Холодильные компрессоры. Справочник. Под ред. А.В.Быкова. –М., 1981.
6. Холодильные машины. Под ред. Л.С.Тимофеевского. СПб.: Политехника, 1997.
7. Короткий И.А. Машины низкотемпературной техники: Учебное пособие. Часть 1/,Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. –Кемерово, 2004.
НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ МАШИНЫ
методические указания по выполнению лабораторных работ для студентов всех форм обучения направления подготовки 16.03.03 – Холодильная, криогенная техника и системы жизнеобеспечения
Краснодар
Составители: канд. техн. наук, доц. В.И.Алешин;
канд. техн. наук, доц. М. В. Шамаров,
Низкотемпературные машины:методические указания по выполнению лабораторных работ для студентов всех форм обучения направления подготовки 16.03.03 –Холодильная, криогенная техника и системы жизнеобеспечения. / Сост: В.И.Алешин, М.В.Шамаров; Кубан.гос.технол.ун-т. Каф. технологического оборудования и систем жизнеобеспечения. –Краснодар, 2015. – 84с.
Изучаются особенности конструкций компрессорных машин объемного и динамического действия. Рассматриваются области применения, как холодильных компрессорных машин, так и компрессоров общего назначения.
Ил. – 65, Табл. –7, Прил. – 1, Библиогр. – 7 наим.
Рецензенты:
канд. техн. наук, доцент кафедры ТОиСЖ КубГТУ Ю.С.Беззаботов;
инженер-проектировщик I категории ООО «Энсол» А.В.Видлога.
Содержание
| Введение. Правила техники безопасности при выполнении лабораторных работ | ||
| Лабораторная работа №1. Поршневые компрессоры холодильных машин | ||
| Лабораторная работа №2. Изучение конструкции воздуходувки РУТС | ||
| Лабораторная работа №3. Конструкции ротационных компрессоров | ||
| Лабораторная работа № 4. Изучение конструкций винтовых холодильных компрессоров | ||
| Лабораторная работа №5. Изучение конструкции спирального компрес-сора | ||
| Лабораторная работа №6. Анализ конструкций компрессоров динами- ческого действия (центробежные компрессоры) | ||
| Лабораторная работа №7. Анализ конструкций компрессоров динами- ческого действия (осевые компрессоры) | ||
| Список рекомендуемой литературы |
Введение. Правила техники безопасности при выполнении лабораторных работ
Дисциплина Низкотемпературные машины традиционно является профессиональной базовой и одной из основных при подготовке бакалавров по направлению 141200 – Холодильная, криогенная техника и системы жизнеобеспечения.
Ей принадлежит важная роль при формировании бакалавра (механика), занимающегося конструированием, проектированием, эксплуатацией и ремонтом низкотемпературной техники.
Изучение дисциплины дает будущим специалистам знания по термо- и газодинамическим основам сжатия различных газов, по теоретическим и реальным циклам одно- и многоступенчатых компрессорных машин различных типов, детандеров различных типов; изучение конструкций детандеров и компрессоров объемного и динамического действия, способов регулирования производительности компрессорных и детандерных машин.
Для более глубокого и полного изучения дисциплины учебным планом предусматривается выполнение лабораторных работ. Перед выполнением каждой лабораторной работы необходимо изучить рассматриваемый вопрос по рекомендованной литературе. Для подготовки к защите лабораторных работ приведены контрольные вопросы, на которые студент должен ответить.
Каждый студент перед выполнением лабораторных работ обязан пройти инструктаж по технике безопасности и правилам выполнения работ в лаборатории и расписаться в журнале по технике безопасности.
1. Приступая к выполнению лабораторной работы, студент должен подробно ознакомиться с методическими указаниями, подготовить в отчете таблицы замеров и расчетов.
2. К лабораторной работе допускается студент только после собеседования с преподавателем по методике выполнения работы.
3. Перед началом работы проследить, чтобы на стенде отсутствовали посторонние предметы.
4. Пуск лабораторного стенда разрешается только в присутствии преподавателя или учебного мастера.
5. Регулировку приборов автоматики производить только инструментом с изолированными ручками.
6. Запрещается прикасаться к движущимся механизмам не только при их работе, но и при автоматической остановке, так как внезапное включение машины может привести к несчастному случаю.
7. При возникновении неисправностей в работе стенда немедленно выключить его и доложить об этом преподавателю или учебному мастеру.
8. В случае попадания людей под электрическое напряжение следует немедленно выключить рубильник на силовом щите лаборатории.