Учебный курс «Термодинамика и теплопередача» (Практическое занятие

Учебный курс «Термодинамика и теплопередача» (Практическое занятие 2) Для студентов по направлению подготовки 131000 Нефтегазовое дело (квалификация (степень) «бакалавр» ) Преподаватель: д. т. н. , профессор Уразбахтин Фёдор Асхатович

Контрольная работа 1. Задача 2. Произвести термодинамический расчет многоступенчатого компрессора : а) количество ступеней компрессора; б) температуру воздуха после сжатия в каждой ступени в) количество теплоты, отводимое в систему охлаждения цилиндров компрессора и в промежуточных теплообменниках; г) объемную производительность компрессора по входу и выходу.

Контрольная работа 1. Задача 2. Произвести термодинамический расчет многоступенчатого компрессора Принимаемые допущения: 1) Компрессор считать идеальным; трением и вредным пространством можно пренебречь. 1) Степень повышения давления в каждой ступени компрессора считать одинаковыми.

Контрольная работа 1. Решение задачи 2. Исходные данные : 1) Компрессор производит G=0, 45 кг в секунду сжатого воздуха. 2) Максимальное давление 3) Предельно допустимое повышение температуры газа в каждой ступени – . 4) Сжатие происходит с начальным значением показателя политропы . МПа 00, 9 p. К C 50 t 30, 1 n

Контрольная работа 1. Решение задачи 2. Исходные данные : 5) Состояние воздуха на входе в компрессор: а) давление ; б) температура . 6) В промежуточных теплообменниках сжатый воздух охлаждается изобарно до первоначальной температуры момент окончания сжатия температура достигает значения . 1 t МПа 10, 0 p 1 С 27 t

Контрольная работа 1. Ккг Дж , 287 R см 41, 1 k. Решение задачи 2. 1. Расчет теплофизических свойств сжимаемого газа 1. 1. Газовая постоянная и показатель адиабаты Для рабочего тела, которым является воздух, газовую постоянную и показатель адиабаты определяем по табличным данным, в частности, на стр. 665 учебника Теплотехника /В. Н. Луканин, М. Г. Шатров, Г. М. Камфер и др. – М. : Высшая школа, 2000. – 671 с. Универсальная газовая постоянная Показатель адиабаты:

Контрольная работа 1. Решение задачи 2. 1. 2. Начальная плотность сжимаемого газа Расчетная формула: H H TR p Па 100000 МПа 1, 0 pp 1 H Имеем : Ккг к. Дж 287 R K 15, 30015, 2732715, 273 t. T 1 H 1 а) начальное давление сжимаемого газа б) начальная температура сжимаемого газа в) газовая постоянная воздуха г) коэффициент сжимаемости для двухатомных газов при давлении до 10 МПа 3 H H м кг 161, 1 15, 3002871 100000 TR p

Контрольная работа 1. Решение задачи 2. Предварительный термодинамический расчет компрессора 2. 1. Число ступеней компрессора СТ 0 p Пln z Расчетная формула: где Н К 0 p p П — общее отношение давлений в компрессоре; СТП — отношение давлений в ступени компрессора (находится в пределах – до 5, 000 ); — начальное давление сжимаемого газа Кp — конечное давление сжимаемого газа Нp

Контрольная работа 1. Имеем : Па 100000 МПа 1, 0 pp 1 H Па 9000000 МПа 0, 9 p. К Принимаем: 5 ПСТ Вычисляем: 90 100000 9000000 p p П Н К 0 796, 2 5 ln 90 ln Пln z СТ 0 p Принимаем число ступеней компрессора , равное 3 zp. Решение задачи 2.

Контрольная работа 1. Решение задачи 2. 2. 2. Расчет параметров сжимаемого газа в ступенях компрессора 2. 2. 1. Отношение давлений всасывания и нагнетания ступеней : 481, 490 ПП 3 z 0 i p 2. 2. 2. Номинальные давления всасывания и нагнетания ступеней компрессора : ; Па 100000 pp. H 1 H ; Па 448100481, 4100000 Пppi 1 H 1 К Первая ступень Вторая ступень ; Па 448100 pp 1 К 2 H ; Па 2007936481, 4448100 Пppi 2 H 2 К Третья ступень ; Па 2007936 pp 2 К 3 H ; Па 9000000481, 42007936 Пppi 3 H 3 К

Контрольная работа 1. Решение задачи 2. 2. 3. Показатели политропы в ступенях компрессора. Расчетная формула: ; k 1 i 015, 0 nni Первая ступень ; 30, 141, 111015, 030, 1 n 1 Вторая ступень ; 32, 141, 112015, 030, 1 n 2 Третья ступень ; 34, 141, 113015, 030, 1 n 3 Политропы сжатия

Контрольная работа 1. Решение задачи 2. Политропы расширения : Расчетная формула: ; n 98, 0. . 92, 0 mii Первая ступень ; 30, 1 n 1 Вторая ступень ; 32, 1 n 2 Третья ступень ; 34, 1 n 3 ; 274, 1. . 196, 1 m 1 Принимаем: ; 235, 1 m 1 ; 294, 1. . 214, 1 m 2 Принимаем: ; 254, 1 m 2 ; 313, 1. . 233, 1 m 3 Принимаем: ; 273, 1 m

Контрольная работа 1. Решение задачи 2. 2. 2. 4. Температурный режим в ступенях компрессора Первая ступень; K 15, 300 TTH 1 H ; K 58, 423481, 415, 300 ПTT 30, 1 00, 130, 1 n 1 n i 1 H 1 К 1 1 Необходимо охлаждение до температуры: ; K 15, 3505015, 300 t. TT 1 Ho 1 K Вторая ступень ; K 15, 350 TTо 1 К 2 H ; K 86, 501481, 415, 350 ПTT 32, 1 00, 132, 1 n 1 n i 2 H 2 К 2 2 Необходимо охлаждение до температуры: ; K 15, 4005015, 350 t. TT 2 Ho 2 K

Контрольная работа 1. Решение задачи 2. Третья ступень; K 15, 400 TTо 2 К 3 H ; K 53, 627481, 415, 400 ПTT 34, 1 00, 134, 1 n 1 n i 3 H 3 К 3 3 Необходимо охлаждение до температуры: ; K 15, 4505015, 400 t. TT 3 Ho 3 K

Контрольная работа 1. Решение задачи 2. 2. 5. Количества теплоты, отводимое в систему охлаждения компрессора по ступеням Расчетные формулы: , кг к. Дж , Tcqiii где , Kкг к. Дж , 1 n kn cc i 1 i Vi Первая ступень Kio. Кii TТT Ккг к. Дж 7128, 0 c V , Kкг к. Дж 2614, 0 00, 130, 1 41, 130, 1 7128, 0 c 1 К 43, 7358, 42315, 350 T 1 , кг к. Дж 1946, 1943, 732614, 0 q

Контрольная работа 1. Решение задачи 2. Вторая ступень, Kкг к. Дж 2813, 0 00, 132, 1 41, 132, 1 7128, 0 c 2 К 71, 10186, 50115, 400 T 2 , кг к. Дж 6110, 2871, 1012813, 0 q 2 Третья ступень , Kкг к. Дж 1468, 0 00, 134, 1 41, 134, 1 7128, 0 c 3 К 71, 10186, 50115, 400 T 2 К 38, 22715, 40053, 627 T 3 , кг к. Дж 3794, 3338, 2271468, 0 q

Контрольная работа 1. Решение задачи 2. 3. Производительность компрессора 3. 1. Определение коэффициентов производительности ступеней компрессора Расчетные формулы: ; Tipioii ; 1 Па 11 m 1 iiоi ; w n а 1 1 i oi 1 i рi ; 1 ПC 985, 0 i. Ti Первая ступень ; 08, 0. . 05, 0 а 1 Принимаем: ; 06, 0 а 1 ; 8578, 01481, 406, 01 235, 1 1 1 о ; 07, 0. . 03, 0 w 1 Принимаем: ; 05, 0 w 1 ; 9525, 005, 0 8578, 030, 1 06, 01 11 р ; 01, 0 С ; 9501, 01481, 401, 0985, 01 T ; 7763, 0 9501, 09525, 08578,

Контрольная работа 1. Решение задачи 2. Вторая ступень; 07, 01201, 006, 01 i 01, 0 аа 12 ; 04, 005, 08, 0 w 12 1 1 i 2 ; 8385, 01481, 407, 01 254, 1 1 2 о ; 9607, 004, 0 8385, 030, 1 07, 01 12 р ; 9501, 01481, 401, 0985, 02 T ; 7654, 09501, 09607, 08385,

Контрольная работа 1. Решение задачи 2. Третья ступень; 08, 01301, 006, 01 i 01, 0 аа 13 ; 032, 005, 08, 0 w 13 1 1 i 3 ; 8201, 01481, 408, 01 273, 1 1 3 о ; 9676, 0032, 0 8201, 030, 1 08, 01 13 р ; 9501, 01481, 401, 0985, 03 T ; 7539, 09501, 09676, 08201,

Контрольная работа 1. Решение задачи 2. 3. 2. Определение размеров и выбор базы компрессора Выбираем привод компрессора , для которого — частота вращения вала — ход поршня 1 c 25 m м 075, 0 S Плотности сжимаемого газа — количество цилиндров в ступенях 2 jjjj 321 Первая ступень 3 2 H 2 H 2 Н м кг 459, 4 15, 3502871 448100 TR p 31 Н м кг 161, 1 Вторая ступень Третья ступень 3 3 H 3 H 3 Н м кг 484, 17 15, 4002871 2007936 TR p

Диаметры цилиндров ступеней компрессора Расчетное значение 1 H jm. S G 4 D Контрольная работа 1. Решение задачи 2. Первая ступень м 411, 0 7763, 02161, 125075, 0141, 3 45, 04 D 1 Вторая ступень м 212, 0 7654, 02459, 425075, 0141, 3 45, 04 D 2 Третья ступень м 108, 0 7539, 02484, 1725075, 0141, 3 45, 04 D 3 Принимаем: мм 410 D 1 мм 210 D 2 мм

Контрольная работа 1. Решение задачи 2. 3. 3. Определение индикаторной мощности компрессора Расчетные формулы: pz 1 i uiu NN ; 0, 2 Запас по мощности — ; AПa. Aa 1 V p. Npi m 1 цicii i hi Hiui i ; 4 m. SD V 2 i hi ; p p p П 3 H 3 K 2 H 2 K 1 H 1 K ц ; 1 П 1 n n A ii n 1 n ц i i ci ; 1 П 1 m m Ai i m 1 m ц i i pi

Контрольная работа 1. Решение задачи 2. 3. 3. Определение индикаторной мощности компрессора Первая ступень; с м 248, 0 4 25075, 0410, 0141, 3 V 32 1 h ; 481, 4 100000 448100 Пц ; 7943, 11481, 4 00, 130, 1 A 30, 1 00, 130, 1 1 c ; 7328, 11481, 4 1235, 1 A 235, 1 1 p ; к. Вт574, 497328, 1481, 406, 07943, 106, 01 7763, 0 248, 0 10 N 235, 1 1 5 1 u

Контрольная работа 1. Решение задачи 2. 3. 3. Определение индикаторной мощности компрессора Вторая ступень; с м 065, 0 4 25075, 0210, 0141, 3 V 32 2 h ; 8050, 11481, 4 00, 132, 1 A 32, 1 00, 132, 1 2 c ; 7531, 11481, 4 1254, 1 A 254, 1 1254, 1 2 p ; к. Вт053, 587531, 1481, 407, 08050, 107, 01 7654, 0 065, 0 448100 N 254, 1 1 1 u

Контрольная работа 1. Решение задачи 2. 3. 3. Определение индикаторной мощности компрессора Третья ступень; с м 018, 0 4 25075, 0110, 0141, 3 V 32 3 h ; 8249, 11481, 4 00, 134, 1 A 34, 1 00, 134, 1 3 c ; 7696, 11481, 4 1273, 1 A 273, 1 1273, 1 3 p ; к. Вт438, 727696, 1481, 408, 08249, 108, 01 7539, 0 018, 0 2007936 N 273, 1 1 3 u

к. Вт130, 360438, 72053, 58574, 490, 2 Nu. Контрольная работа 1. Решение задачи 2. 3. 3. Определение индикаторной мощности компрессора Общая индикаторная мощность компрессора составляет: 3. 4. Мощность, потребляемая компрессором к. Вт163, 450 8, 0 130, 360 N N мех u K где — механический КПД компрессора 80, 0 мех

Контрольная работа 1. Результаты решения задачи 2. 3 zp 1. Число ступеней компрессора — 2. Номинальные давления всасывания и нагнетания ступеней компрессора: ; МПа 0079, 2 p ; МПа 4481, 0 p ; МПа 1000, 0 p 3 H 2 H 1 H ; МПа 0000, 9 p ; МПа 0079, 2 p ; МПа 4481, 0 p 3 К 2 К 1 К 3. Политропы сжатия ; 34, 1 n ; 32, 1 n ; 30, 1 n 3 2 1 4. Политропы расширения ; 273, 1 m ; 254, 1 m ; 235, 1 m

5. Температурный режим в ступенях компрессора Контрольная работа 1. Результаты решения задачи 2. ; K 15, 400 T ; K 15, 350 T ; K 15, 300 T 3 H 2 H 1 H ; K 53, 627 T ; K 86, 501 T ; K 58, 423 T 3 K 2 K 1 K 6. Количества теплоты, отводимое в систему охлаждения компрессора по ступеням ; кг к. Дж 38, 33 q ; кг к. Дж 61, 28 q кг к. Дж 19, 19 q 3 2 1 7. Определение коэффициентов производительности ступеней компрессора ; 7539, 0 ; 7654, 0 ; 7763,

Контрольная работа 1. Результаты решения задачи 2. 8. Плотности сжимаемого газа по ступеням; м кг 484, 17 ; м кг 459, 4 ; м кг 161, 1 33 Н 32 Н 31 Н 9. Индикаторные мощности компрессора по ступеням. к. Вт44, 72 N ; к. Вт05, 58 N ; к. Вт57, 49 N 3 u 2 u 1 u 10. Общая индикаторная мощность компрессора к. Вт13, 360 N u 11. Мощность, потребляемая компрессором к. Вт16, 450 NK