Разработка конструкций и метода расчета поршневых компрессорных машин с оребренной несмазываемой рабочей камерой

• Автор: Новиков, Дмитрий Григорьевич
• Шифр специальности: 05.02.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 194 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ КОМПРЕССОРНЫХ СТУПЕНЕЙ И ИХ ОНСТРУКТИВНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ
1Л. Анализ теоретических исследований процессов теплообмена в рабочей камере ступени поршневого компрессора
1.2. Анализ экспериментальных исследований процессов теплообмена в рабочей камере ступени поршневого компрессора
1.3. Способы охлаждения компрессорных ступеней и их конструктивная реализация
1.4. Оценка значимости теплообменных процессов в рабочем процессе поршневого компрессора
1.5. Цели и задачи исследования
2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА СТУПЕНИ ПОРШНЕВОГО БЕССМАЗОЧНОГО КОМПРЕССОРА
2.1. Расчетная схема рабочего процесса ступени поршневого
1. V . 1 , I I „ I > 4 ' 3 ' 3 I ' >
компрессора и основные допущения
2.2. Система основных расчетных уравнений
2.3. Реализация математической модели
3. ЭСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА В РАБОЧЕЙ КАМЕРЕ БЕССМАЗОЧНОГО ПОРШНЕВОГО КОМПРЕССОРА
3.1. Методика экспериментального определения мгновенного коэффициента теплоотдачи, осредненного по локальной поверхности
3.2. Разработка экспериментального стенда для определения мгновенного осредненного по поверхности коэффициента теп

лоотдачи
3.3. Методика измерения
3.4. Результаты эксперимента и их анализ
3.5. Проверка математической модели на адекватность
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И ЧИСЛЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОРЕБРЕНИЯ И ПАРАМЕТРОВ СТУПЕНИ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СТУПЕНИ БЕССМАЗОЧНОГО ПОРШНЕВОГО КОМПРЕССОРА
4.1. Влияние габаритных размеров компрессорной ступени на эффективность применение внутреннего оребрения
4.2. Влияние степени повышения давления в ступени на эффективность применение внутреннего оребрения
4.3. Влияние частоту вращения на эффективность применение внутреннего оребрения
4.3. Влияние масштабного фактора внутреннего оребрения на эффективность его применения
4.4. Рекомендации по конструированию ступеней бессмазочно-
го поршневого компрессора с оребрением
4.5. Оценка влияния эффективности охлаждения ступени на эффективность работы компрессорных установок
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Библиографический список
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время компрессорные машины широко применяются во многих отраслях промышленности. Они составляют основу технологического оборудования химических производств, используются для выработки силового сжатого воздуха на машиностроительных предприятиях, на металлургических и горно-обогатительных комбинатах, в легкой и пищевой промышленности, в фармацевтическом производстве, при воздухоразделении и т.д. Общая потребляемая мощность компрессорного оборудования составляет порядка 8 % от всего потребления электрической энергии страной [1, 2]. В некоторых отраслях доля электропотребления компрессорным оборудованием достигает 30 %.
Опыт практического использования бессмазочньтх поршневых компрессорных машин, развитая база теоретических знаний и экспериментальных исследований в области рабочих процессов показывают, что температурные режимы ступени компрессорных машин, определяемые, главным образом, температурой нагнетаемого газа, заметно влияют на эффективность функционирования не только ступени или компрессорной машины, но и всей установки в целом. Величина температуры нагнетаемого газа' влияет на теп-лонапряжённость элементов конструкции компрессорной ступени, на экономичность её рабочего процесса, на потери производительности, на условия работы узлов трения и связанные с этим надёжность и долговечность [3].
От эффективности систем охлаждения компрессорного оборудования во многом зависят пожаровзрывобезопасность и адаптированность к широкому диапазону атмосферных температур и переменным режимным параметрам. При этом необходимо учитывать, что система охлаждения включает в себя не только межступенчатое и концевое теплообменное оборудование, но и сами компрессорные ступени [4, 5, 6, 7].
Следствием повышения температуры нагнетаемого газа является также увеличение металло- и энергозатрат, связанных с системой охлаждения. Ана-
дой конкретной отрасли, то трудность получения каких-либо обобщающих универсальных зависимостей для расчета конвективного теплообмена становится очевидна. На сегодняшний день различными авторами получен целый ряд эмпирических зависимостей для определения коэффициента теплоотдачи при конвективном теплообмене [14, 18, 20, 21, 43], хотя необходимо заметить, что интерес к теме теплообмена в последнее время значительно упал (по сравнению с 60 -70 годами прошлого века). Многообразие и различие в структуре этих формул свидетельствует о различии режимов работы, типоразмеров, участков рабочей камеры и цикла, где определялся коэффициент теплоотдачи. Все это еще раз подчеркивает сложность как самого процесса теплообмена, так и методик получения универсальных зависимостей для его расчета. В работах Науменко, Прилуцкого и некоторых других исследователей, предпринята попытка систематизировать накопленный практический материал по этой теме. В результате все зависимости были разбиты на несколько групп, имеющих аналогичную структуру и особенности. Так, в первую группу были включены формулы Бриллинга, Либровича, Брызгова, Иноземцева [66] и некоторых других исследователей - двигателистов, базирующиеся на формуле Нуссельта:
а = (а + вст yJp2T , (1.27)
где а и в - постоянные коэффициенты; ст - средняя скорость поршня;
Р и Т - текущие значения давления и температуры рабочего газа в
камере.
Все они были подвергнуты критике по одним и тем же причинам. Во-первых, структура формул не отражает общих закономерностей конвективного теплообмена, т.к. в данной группе формул при росте температуры (с показателем степени 1/3) коэффициент теплоотдачи растет, а исходя из формул, выведенных с помощью теории подобия он должен падать [63]. Во-вторых, в качестве характерной скорости вводится средняя скорость поршня, что, по