Д6121 Прилуцкий АИ Прилуцкий ИК Арсеньев ИА Расширительные машины

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий






Кафедра криогенной техники





РАСШИРИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ

Методические указания к лабораторным работам для студентов направления 140500 всех форм обучения















Санкт-Петербург 2009
УДК 621.59.002.5



Прилуцкий А.И., Прилуцкий И.К., Арсеньев И.А. Расши-рительные машины: Метод. указания к лабораторным работам для студентов направлений 140500. – СПб.: СПбГУНиПТ, 2009. – 27 с.



Изложено содержание лабораторных работ по анализу работы ступени поршневого детандера при переменном натяге пружин впускного клапана и при переменном конечном давлении. Представлены условия и порядок проведения лабораторных работ, требования, предъявляемые к отчету о лабораторной работе. Приведена схема лабораторного стенда ДКА 20-7/1С порядок пуска установки.





Рецензент
Доктор техн наук, проф. О.Б. Цветков





Рекомендованы к изданию редакционно-издательским советом уни-верситета






( Санкт-Петербургский государственный
университет низкотемпературных
и пищевых технологий, 2009

1. Общие положения
1.1. Введение
Лабораторные работы выполняются студентами всех форм обучения, изучающими курсы «Расширительные машины» в соответствии с учебными планами и графиками.
Лабораторные работы являются неотъемлемой частью изучаемого курса. Они должны закрепить, расширить и углубить теоретические знания студентов по механике, деталям машин, термодинамике, электротехнике, и научить использовать эти знания при решении практических задач, связанных с эксплуатацией, испытаниями и экспериментальными исследованиями машин и установок криогенной техники. Выполнение лабораторных работ поможет приобрести практические навыки в организации и проведении испытаний компрессорных машин, при работе с контрольно-измерительными приборами (КИП), обработке данных измерений и анализе полученных результатов.

1.2. Условия проведения лабораторных работ
В лабораториях кафедры криогенной техники студенты выполняют работы на действующем оборудовании с использованием вспомогательных учебных макетов, образцов, приборов, схем и методической литературы.
Обслуживание оборудования (машин, аппаратов, приборов) во время проведения работ должно производиться в строгом соответствии с требованиями инструкций по его эксплуатации при безусловном соблюдении правил охраны труда и техники безопасности. Студенты, не прошедшие инструктаж по охране труда и технике безопасности, к работам не допускаются. Во избежание несчастных случаев следует беспрекословно выполнять все требования инженерно-технического персонала лаборатории.

1.3. Порядок проведения лабораторных работ
Порядок проведения конкретной лабораторной работы зависит от цели и задач, требуемых конечных результатов и производственных условий.

В подготовительном периоде студент обязан
изучить и твердо знать
цели и задачи лабораторной работы;
теоретические основы курса, относящиеся к данной работе;
условия проведения работы;
назначение, принцип действия, устройство машины и ее основных и вспомогательных систем;
правила пуска и остановки машины;
назначение, принцип действия и устройство КИП;
порядок выполнения работы;
требования к оформлению отчета по лабораторной работе;
составить
принципиальные технологические и конструктивные схемы исследуемых машин и аппаратов с размещением всех контрольно-измерительных приборов и органов управления, используемых в работе;
табличный перечень используемых КИП с указанием их основных характеристик;
заготовить
протоколы измеряемых параметров по показаниям приборов с переводом измеряемых величин в СИ;
таблицу обработки данных измерений и полученных результатов;
материалы, необходимые для выполнения работы.
При подготовке к работе необходимо использовать учебную и методическую литературу, учебные пособия, макеты и стенды лаборатории, а также консультации преподавателей и инженерно-тех-нического персонала лаборатории.
Знание и выполнение студентом указанных требований проверяется до начала работы и является обязательным условием для допуска к ней. Получение инструктажа и проверка знаний по охране труда и технике безопасности фиксируется в специальном журнале под расписку студента.
После выполнения всех требований подготовительного периода студент допускается к следующему этапу – выполнению работы на действующем оборудовании.
Перед началом работы на действующем оборудовании каждому студенту необходимо проверить на всех точках замеров наличие, правильность установки и работоспособность КИП. О своей готовности к производству измерений студент сообщает руководителю. В тех случаях, когда работа требует одновременного снятия показаний с большого числа измерительных приборов, расположенных на значительном удалении друг от друга, студенты объединяются руководителем в бригады и каждый студент следит за показаниями вверенных ему приборов. В бригаде назначается «старший».
При проведении замеров показания приборов в определенный момент времени (по звуковому или световому сигналу) записываются в протокол, находящийся у «старшего».
На этом этапе студент обязан
находиться только на своем рабочем месте, быть собранным и внимательным;
по сигналу руководителя быстро и четко произвести запись показаний приборов, с которыми он работает;
после окончания замеров (по сигналу руководителя) внести показания приборов в общий протокол наблюдений.
После окончания измерений и их проверки каждому студенту необходимо произвести пересчет показаний всех приборов в единицы СИ и их занести в личный протокол.
Необходимо помнить, что небрежность хотя бы одного из студентов может свести на нет усилия всей бригады и потребует повторного замера всех параметров, что связано с дополнительными затратами времени, а в некоторых случаях, например в условиях производства, и вовсе исключено.
На заключительном этапе студент обязан
выполнить все необходимые расчеты для получения искомых показателей или характеристик и занести их в итоговый протокол. Предпочтительно расчеты вести в табличной форме с указанием расчетных формул и обязательным указанием размерностей величин в системе СИ;
выполнить графические построения, предусмотренные в работе;
критически оценить полученные результаты, сравнивая их с расчетно-теоретическими показателями или с данными литературных источников;
изложить выводы и рекомендации;
оформить и защитить отчет по лабораторной работе.

1.4. Составление отчета
Отчет должен содержать краткое изложение цели и задач работы, схемы машины и установки, перечень приборов, протоколы измерений, таблицы с указанием полученных результатов, графический материал, критическую оценку полученных результатов и вытекающие выводы.
Отчет выполняется на листах формата А4 и брошюруется. На титульном листе указывается название работы, исполнитель, руководитель и место проведения работы. В конце отчета приводится список использованной литературы, а в тексте дается ссылка на него.
Отчет по предыдущей лабораторной работе сдается и защищается до начала последующей. Сдача отчета и его защита производятся в индивидуальном порядке.
Студенты заочного отделения выполняют и защищают лабораторные работы во время зачетно-экзаменационных сессий.

2. Экспериментальный стенд
2.1. Конструкция детандер-компрессорного агрегата
Детандер-компрессорный агрегат (см. рис. 1, табл. 1) выполнен на 3-рядной Ш-образной базе с допустимым газовым усилием по рядам не более 0,25 т. В одном из боковых рядов агрегата размещена первая, охлаждаемая водой, ступень сжатия компрессорного блока; диаметр цилиндра первой ступени 90 мм, поршень – тронкового типа. В другом боковом ряду расположена вторая ступень сжатия также с водяным охлаждением цилиндра. В ее состав входит дифференциальный поршень, нижняя (опорная) часть которого имеет диаметр 72 мм, а верхняя (рабочая) – 50 мм. В вертикальном ряду агрегата смонтирована детандерная ступень, поршень которой унифицирован с поршнем второй ступени сжатия и отличается лишь числом и расположением уплотнительных колец. При ходе поршней 45 мм и номинальной частоте вращения вала 1500 об/мин величина средней скорости поршня равна 2,25 м/с.
13 EMBED AutoCAD.Drawing.16 141513 EMBED AutoCAD.Drawing.16 1415


Рис. 1. Продольный (а) и поперечный (б) разрезы ДКА 20-7/1С Компрессорные ступени агрегата укомплектованы комбинированными кольцевыми клапанами, заимствованными от компрессора ЭКПВ 15/150; клапаны детандерной ступени – самодействующие нормальнооткрытые.
Детандер-компрессорный агрегат смонтирован на раме, опорная часть которой устанавливается на фундамент посредством виброопор.
Приводом агрегата является асинхронный двигатель с номинальной мощностью 5 кВт, установленный соосно с валом ДКА.

Таблица 1

Основные режимные параметры агрегата

Параметр
Размерность
Значение

Расход воздуха номинальный
кг/ч
20

Степень изменения расхода воздуха

0,51,5

Давление на входе в компрессор
МПа
0,1

Номинальное давление на входе в детандерную ступень
МПа
1,0

Номинальное давление на выходе из детандерной ступени
МПа
0,1

Температура воздуха на входе в детандерную ступень
К
273303

Температура воздуха на выходе детандерной ступени
К
243173


Отличительной особенностью детандер-компрессорного агрегата является отсутствие жидкостной смазки цилиндров и элементов механизма движения. Вал агрегата монтируется на подшипниках качения. Нижняя головка шатунов – неразъемная с запрессованными подшипниками качения; в верхней головке шатунов применены игольчатые подшипники. Все подшипники смазываются консистентной смазкой. Рабочий цилиндр детандерной ступени агрегата теплоизолирован от картера и впускной полости посредством проставок из стеклотекстолита, а относительно окружающей среды – слоем теплоизоляции.
Предусмотрены два варианта исполнения системы газораспределения детандерной ступени агрегата (см. рис. 2):
Ступень прямоточная одноклапанная – с размещением впускных клапанов на торцевой крышке цилиндра 4. В нижней части цилиндра выполнены окна 6 круглого сечения, перекрываемые движущимся поршнем. Окна открываются в момент окончания процесса расширения, что способствует интенсивному снижению давления в цилиндре рц (процесс выхлопа) до конечного давления за детандером. Расширившийся в процессе выхлопа газ поступает в выхлопную емкость 3 и далее к потребителю.
Ступень двухклапанная с золотником на выхлопе – с комбинацией впускных 4 и выпускных 5 клапанов при сохранении прочих конструктивных особенностей без изменения. Выпускные клапаны располагаются либо на боковой поверхности цилиндра в зоне ВМТ или на периферии торцевой крышки цилиндра.


Рис. 2. Детандерная ступень:
а – схема
б – рабочие циклы
одноклапанная, двухклапанная ступень
1, 2, . 6 – реперные точки цикла
2.2. Принципиальная схема экспериментального стенда
Принципиальная схема экспериментального стенда показана на рис. 3. В соответствии с ней в боковых рядах опытного образца детандер-компрессорного агрегата 1 вместо компрессорных ступеней смонтированы детандерные ступени с тронковым поршнем (заимствованы от поршневого детандера ДП70), а в вертикальном ряду – экспериментальная детандерная ступень с дифференциальным поршнем из алюминиевого сплава.
В ходе эксперимента функции компрессорных ступеней исследуемого агрегата выполняет стационарный компрессор ЭК-16, обеспечивающий подачу сжатого воздуха на вход экспериментальной детандерной ступени в количестве до 2,5 м3/мин с давлением рн
· 0,8 МПа. Боковые цилиндры объекта исследования работают на холостом ходу.
Сжатый воздух после предварительной осушки в концевом холодильнике компрессора ЭК-16 направляется на вход 2 блока осушки ОСВ-3000 [4]. В состав блока входят: фильтр очистки от механических примесей EAM650-F10, водомаслоотделитель ЦФ5-03, электромагнитные клапаны, осушительные (регенераторные) баллоны, глушитель шума и регулируемое дроссельное устройство. После штатного водомаслоотделителя 3 сжатый воздух поступает в распределительный трубопровод 4, где с помощью электромагнитных клапанов 5 разделяется на два потока. При этом основной поток воздуха, проходя через осушительный баллон 6, концевой фильтр 7 и двухпозиционный вентиль 8, направляется на буферную емкость 9 откуда отбирается на вход экспериментальной детандерной ступени (или нескольких ступеней) агрегата. Часть осушенного в баллоне 6 воздуха через дроссель 10 поступает во второй осушительный баллон 11, выполняющий в данный момент времени функции регенератора. Поглощенная в регенераторе влага вместе с потоком газа выбрасывается в атмосферу через глушитель шума 12.
Технические характеристики блока осушки представлены в табл. 2.
Блок осушки работает циклически на двух предусмотренных изготовителем режимах: энергичный и экономичный. Переключение потоков (регенерация – осушка) осуществляется путем открытия или закрытия электромагнитных клапанов, управляемых электронным блоком. Периодичность срабатывания клапанов регулируется путем изменения сечения в дроссельном устройстве 9.
13 EMBED AutoCAD.Drawing.15 1415
Рис. 3. Экспериментальный стенд. Схема газового тракта:
1 – ДКА; 2 – входной трубопровод; 3 – водомаслоотделитель ЦФ-5; 4 – распределительный трубопровод; 5 – электромагнитный клапан; 6 – баллон-осушитель; 7 – фильтр ЕАМ 650-F10; 8 – двухпозиционный вентиль; 9 – распределитель-ная емкость; 10 – дроссельное устройство; 11 – баллон-регенератор; 12 – шумоглушитель; 13 – вентиль на атмосферу;
14 – промежуточные трубопроводы; 15 – регулировочные вентили; 6 – вариатор объема; 17 – трубопровод холодного воздуха
Полный цикл работы блока осушки состоит из четырех стадий; циклограмма состояния электромагнитных клапанов на каждой из стадий работы блока осушки приведена в табл. 3. Степень осушки воздуха, потребляемого детандерной ступенью, можно изменять. Для этого, воздействуя на дроссельное устройство 9, увеличивают или уменьшают количество воздуха, используемое при регенерации.

Таблица 2

Технические параметры блока осушки ОСВ-3000

Параметр
Размерность
Величина

Давление подаваемого воздуха
МПа
0,7 – 0,9

Расход воздуха
м3/мин
до 4,2

Температура подаваемого воздуха

+5+40

Температура окружающей среды

+5+40

Производительность по осушенному воздуху
м3/мин
до 3,5

Температура точки росы обработанного воздуха при нормальных условиях


–40


Давление обработанного воздуха
МПа
0,6 – 0,8

Тонкость фильтрации обработанного воздуха
мкм
0,3

Электропитание:
напряжение
частота
потребляемая мощность

В
Гц
Вт

220
50
150

Время выхода на рабочий режим
мин
180

Масса
кг
250

Габаритные размеры
мм
620(570(1900


Таблица 3

Периодичность работы электромагнитных клапанов

Состояние клапана
А
D
В
С

Стадия 1
О
Х
Х
Х

Стадия 2
Х
Х
О
О

Стадия 3
Х
Х
О
Х

Стадия 4
О
О
Х
Х

Примечание. Х – клапан закрыт; О – клапан открыт
Управление блоком осушки (ручное и автоматическое) осу-ществляется управляющим модулем, расположенным на лицевой панели.
Щит управления детандера представлен на рис. 4. С него производится дистанционное включение и отключение исследуемого агрегата и защита его электродвигателя от перегрева. На щите управления индицируется наличие электропитания: работа агрегата – лампы зеленого цвета; нештатные ситуации – лампы красного цвета. Блок осушки укомплектован двумя измерительными комплексами 2ТРМ1 и УТК38, управление которыми вынесено на специальный щит.


13 EMBED AutoCAD.Drawing.15 1415
Рис. 4. Щит управления

Микропроцессорный измеритель-регулятор 2ТРМ1, работающий совместно с датчиками различного типа (термопреобразователи или унифицированные источники сигнала), выполняет функции контроля и управления технологическими процессами и позволяет осуществлять
– измерение давлений;
– независимое регулирование двух измеряемых величин по двухпозиционному (релейному) закону;
– регулирование одной измеряемой величины по трехпозиционному закону (с двумя «уставками» и двумя устройствами управления на канале контроля);
– контроль и регулирование разности двух измеряемых ве-личин;
– отображение текущего значения измеряемого параметра на встроенном светодиодном цифровом индикаторе;
– формирование выходного тока 4–20 мА для регистрации или управления исполнительными механизмами по П-закону;
– произвольное указание диапазона измерения.
Восьмиканальный измеритель типа УКТ38 предназначен для приема и преобразования сигналов, поступающих от работающих с ним датчиков, в значения контролируемых ими физических величин и отображения одного из этих значений на встроенном цифровом индикаторе. При выходе фиксируемого параметра за пределы заданного диапазона в любом из каналов контроля прибор формирует сигнал «АВАРИЯ».
Для контроля расхода воздуха, проходящего через детандерную ступень агрегата, стенд оснащен расходомером роторного типа, установленным на концевом трубопроводе агрегата (выход из детандерной ступени). Перед подачей охлажденного воздуха на расходомер он подогревается с помощью электронагревателя до температуры окружающей среды.
Для определения массового расхода воздуха через детандерную ступень перед расходомером измеряется давление рр (штатный манометр) и температура Тр воздуха, а также регистрируется объемный расход газа Vр.
Конечная температура воздуха на выходе детандерной ступени Тк определяется по показаниям термометра сопротивления (ИС-264А № Е3064), тарировочная характеристика которого представлена на рис. 5.
Наряду с указанными параметрами на стенде предусмотрена возможность определения мощности, потребляемой электродвигателем из сети.
13 EMBED Excel.Chart.8 \s 1415
Рис. 5. Тарировочная характеристика термометра сопротивления ИС-264А № Е3064

2.3. Порядок пуска агрегата
Установлен следующий порядок пуска агрегата:
1. Подготовка к пуску. Данный этап включает в себя следующие операции:
– подготовить к пуску компрессор ЭК-16;
– закрыть вентиль 8; открыть вентиль 13 на атмосферу (см. рис. 3);
– включить питание блока осушки; установить режим его работы.
2. Пуск агрегата:
– осуществить запуск компрессора ЭК-16;
– прикрывая вентиль 13, установить требуемое начальное давление на входе в детандерную ступень агрегата;
– включить двигатель ДКА и затем открыть двухпозиционный вентиль 8;
– прикрывая вентиль 13, отрегулировать с требуемой точностью начальное давление воздуха на входе в детандерную ступень работающего агрегата.

3. Лабораторная работа «Анализ работы ступени поршневого детандера при переменном натяге пружин впускного клапана»
3.1. Цель и задачи работы
Цель работы – оценка влияния различного натяга пружин впускного клапана на интегральные показатели работы ступени поршневого детандера. Сравнение полученных индикаторных диаграмм с индикаторными диаграммами, полученными в ходе численного эксперимента.
Предполагается, что сущность и назначение индицирования студент освоил в рамках лабораторной работы «Индицирование рабочей ступени поршневого детандера».

3.2. Лабораторный стенд
Лабораторная работа проводится на лабораторном стенде ДКА 20-7/1С. Сборочный чертеж ДКА приведен на рис. 1. Схема газового тракта приведена на рис. 3. Принципиальная схема лабораторной установки для индицирования ступени ПД (ПК) приведена в [1]. Поскольку целью лабораторной работы является исследование работы ступени ПД при переменном натяге пружин впускного клапана, на рис. 6 и 7 приведена конструкция клапанной плиты ДКА 20-7/1С и сферического клапана.
13 EMBED AutoCAD.Drawing.16 1415

Рис. 6. Сборочный чертеж клапанной плиты:
1 – клапан сферический; 2 – клапанная плита; 3 – толкатель; 4 – пружина


13 EMBED AutoCAD.Drawing.16 1415
Рис. 7. Клапан сферический: 1 – ограничитель; 2 – пластина; 3 – седло; 4 – пружина; 5 – толкатель; 6 – шайбы (проставки); 7 – клапанная плита

Под предварительном натягом пружины (см. рис. 8) понимается поджатие пружины в собранном клапане на определенную величину h0 относительно длины в свободном состоянии l0. Регулировать данную величину можно путем уменьшения или увеличения количества шайб (проставок) 6 (рис. 7).

13 EMBED AutoCAD.Drawing.16 1415
Рис. 8. Пружина клапана:
l0 – длина пружины в свободном состоянии; h0 – величина предварительного натяга; hкл – величина подъема пластины клапана

3.3. Порядок проведения работы Натурный эксперимент
До начала работы в лаборатории следует самостоятельно ознакомиться с конструкцией и паспортными данными детандера, который подлежит индицированию. Паспортные данные должны быть приведены в отчете.
Для начала работы необходимо выяснить параметры клапана, установленного на лабораторном стенде. Эти данные предоставляет инженерно-технический персонал лаборатории, либо преподаватель.
Снять первую индикаторную диаграмму. Снятие индикаторных диаграмм производят в соответствии с [1].
Сменить натяг пружин впускного клапана. Для наиболее четкого анализа необходимо снять 3–5 диаграмм с изменением натяга пружин как в меньшую, так и в большую сторону. Изменение натяга пружин производится инженерно-техническим персоналом лаборатории.
Следующим этапом работы является обработка индикаторной диаграммы. Этот этап должен быть освоен студентами ранее при выполнении работы «Индицирование ступени поршневого детандера» [1]. В ходе этого этапа студент определяет такие интегральные показатели работы ступени детандера, как индикаторная мощность Nинд, показатели политроп процессов обратного сжатия и расширения m и n. Значения этих параметров необходимо сравнить со значениями, полученными в ходе следующего этапа – численного эксперимента.

3.4. Порядок проведения работы Численный эксперимент
Численный эксперимент проводится на основе прикладной программы КОМДЕТ. Описание математической модели и прикладной программы приведено в [2].
Объектом исследования является детандерная ступень лабораторного стенда ДКА 20-7/1С. Исходные данные для расчетного анализа принимаются в соответствии с полученными в ходе проведенного натурного эксперимента.
Принятая независимая переменная: предварительный натяг пружин h0 впускного клапана. Значения предварительного натяга пружин принимаются как в натурном эксперименте. Все остальные параметры остаются постоянными. Число расчетов равно числу проведенных натурных экспериментов.
Результаты расчета:
1. Интегральные параметры детандера: массовый расход газа m = кг/час, коэффициент подачи
· = и его составляющие, индикаторная мощность Nинд = кВт, изотермный индикаторный КПД
·из.инд = или удельная индикаторная мощность Nуд = Nинд/m, температура газа на выходе из детандера Тк = К, температура стенок рабочей камеры Тст = и т. д.
2. Текущие параметры: давление и температура газа в рабочей камере и перемещение пластин впускных клапанов в функции от угла поворота коленчатого вала
· и от объема рабочей камеры V.

3.5. Требования к отчету
В отчете требуется привести краткое описание и техническую характеристику детандера, устройства и принципа действия использованного индикатора, а также схему его подключения к машине. В отчете нужно кратко сформулировать задачи испытания, привести все выполненные графические построения и вычисления с кратким пояснением вычисляемых величин.
Представление результатов натурного эксперимента:
Индикаторные диаграммы по всем режимам оформить в электронном виде и вместе со всеми построениями сброшюровать в отчете. Свернутую индикаторную диаграмму перестроить с использованием ЭВМ и вложить в отчет.
Представление результатов численного эксперимента в графической форме:
– интегральные параметры детандера в функции от h0;
– совмещенные (при различных значениях h0) текущие параметры.
Анализ полученного графического материала:
– обосновать изменение расхода газа через детандер в зависимости от величины натяга пружин впускного клапана h0;
– установить предельные значения h0; минимальное значение, при котором детандер сохраняет работоспособность; максимальное значение, при котором детандер переходит на режим пневмодвигателя;
– совместить индикаторные диаграммы, полученные при натурном и численном экспериментах. Проанализировать причины возможного несоответствия результатов.
Закончить отчет следует выводами по проделанной работе, обратив внимание на качественное и количественное соответствие (несоответствие) полученных результатов.

4. Лабораторная работа «Анализ работы ступени поршневого детандера при переменном конечном давлении»
4.1. Цель и задачи работы
Цель работы – оценка влияния переменного конечного давления на интегральные показатели работы ступени поршневого детандера. Сравнение полученных индикаторных диаграмм с индикаторными диаграммами, полученными в ходе численного эксперимента.
Предполагается, что методика и назначение индицирования студент освоил в рамках лабораторной работы «Индицирование ступени поршневого компрессора» [1].

4.2. Лабораторный стенд
Лабораторная работа проводится на лабораторном стенде ДКА 20-7/1С. Сборочный чертеж ДКА приведен на рис. 1. Принципиальная схема лабораторной установки для индицирования ступени ПД приведена на рис. 9. Для проведения этой лабораторной работы необходимо установить запорный шаровой вентиль В-3. До вентиля производиться отбор газа на манометр 12 для измерения конечного давления.
До начала работы в лаборатории следует самостоятельно ознакомиться с конструкцией и паспортными данными детандера, который подлежит индицированию. Паспортные данные должны быть приведены в отчете.




а

б

Рис. 9. Лабораторный стенд (ЛС):
а – схема ЛС
1 – коленчатый вал; 2 – шатун; 3 – поршень; 4 – цилиндр; 5 – выхлопная полость; 6 – впускной клапан; 7 – датчик давления; 8 – редуктор; 9 – баллон; 10 – записывающее устройство; 11 – индикатор положения поршня; 12 – манометр для измерения давления в выхлопной полости
б – элементы схемы ЛС
10.1 – плунжер; 10.2 – пружина; 10.3 – цилиндр плунжерной пары; 10.4 – барабан с термочувствительной бумагой; 10.5 – игла; Э1 – электроконтакт 1; Э2 – электроконтакт 2; М – мембрана;
ТП – тиратронный преобразователь
4.3. Порядок проведения работы Натурный эксперимент
1. Для начала работы необходимо выяснить параметры клапана, установленного на лабораторном стенде. Эти данные предоставляет инженерно-технический персонал лаборатории, либо препода-ватель.
2. Снять первую индикаторную диаграмму. Снятие индикаторных диаграмм производят в соответствии с [1].
3. Изменить конечное давление путем регулирования сечения запорного вентиля В-3. Для наиболее четкого анализа необходимо снять 3–5 диаграмм с изменением конечного давления от 0,1 до 0,5 МПа. Изменение конечного давления производится инженерно-техниче-ским персоналом лаборатории.
Следующим этапом работы является обработка индикаторной диаграммы. Этот этап должен быть освоен студентами ранее при выполнении работы «Индицирование ступени поршневого компрессора» [1]. В ходе этого этапа студент определяет такие интегральные показатели работы ступени детандера, как индикаторная мощность Nинд, показатели политроп процессов обратного сжатия и расширения m и n. Значения этих параметров необходимо сравнить со значениями, полученными в ходе следующего этапа – численного эксперимента.

4.4. Порядок проведения работы Численный эксперимент
Численный эксперимент проводится на основе прикладной программы КОМДЕТ. Описание математической модели и прикладной программы приведено в [2; 3].
Объектом исследования является детандерная ступень лабораторного стенда ДКА 20-7/1С. Исходные данные для расчетного анализа принимаются в соответствии с полученными в ходе проведенного натурного эксперимента.
Принятая независимая переменная: конечное давление. Значения конечного давления принимаются так же, как в натурном эксперименте. Все остальные параметры остаются постоянными. Число расчетов равно числу проведенных натурных экспериментов.
Результаты расчета:
1. Интегральные параметры детандера: массовый расход газа m = кг/час, коэффициент подачи
· = и его составляющие, индикаторная мощность Nинд = кВт, изотермный индикаторный КПД
·из.инд = или удельная индикаторная мощность Nуд = Nинд/m, температура газа на выходе из детандера Тнг = К, температура стенок рабочей камеры Тст = и т.д.
2. Текущие параметры: давление и температура газа в рабочей камере и перемещение пластин впускных клапанов в функции от угла поворота коленчатого вала
· и от объема рабочей камеры V.

4.5. Требования к отчету
В отчете требуется привести краткое описание и техническую характеристику детандера, устройства и принципа действия использованного индикатора, а также схему его подключения к машине. В отчете нужно кратко сформулировать задачи лабораторной работы, привести все выполненные графические построения и вычисления с кратким пояснением вычисляемых величин.
Представление результатов натурного эксперимента:
Индикаторные диаграммы по всем режимам оформить в электронном виде и вместе со всеми построениями сброшюровать в отчете. Свернутую индикаторную диаграмму перестроить с использованием ЭВМ и вложить в отчет.
Представление результатов численного эксперимента в графической форме:
– интегральные параметры детандера в функции от рк.
– совмещенные (при различных значениях рк) текущие пара-метры.
Анализ полученного графического материала:
– обосновать изменение массового расхода газа через детандер в зависимости от величины конечного давления рк;
– установить предельные значения рк, при котором детандер сохраняет работоспособность;
– совместить индикаторные диаграммы, полученные при натурном и численном экспериментах. Проанализировать причины возможного несоответствия результатов.

Закончить отчет следует выводами по проделанной работе, обратив внимание на качественное и количественное соответствие (несоответствие) результатов натурного и численного эксперимента.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Прилуцкий И.К. и др. Компрессорные машины. Машины низкотемпературной техники: Метод. указания к лабораторным работам № 1 и 2 для студентов направлений 140400, 140500 всех форм обучения. – СПб.: СПбГУНиПТ, 2009. – 18 с.
2. Прилуцкий И.К., Прилуцкий А.И. Расчет и проектирование поршневых компрессоров и детандеров на нормализованных базах: Учеб. пособие. – СПб.: СПбГАХПТ, 1995. – 194 с.
3. Прилуцкий И.К. и др. Программа КОМДЕТ (инструкция пользователю): Метод. указания к практическим занятиям студентов направлений 140400, 140500 всех форм обучения. – СПб.: СПбГУНиПТ. 2009. – 16 с.
4. Осушитель воздуха ОСВ-3000. Руководство по эксплуатации и техническому обслуживанию (паспорт). – СПб.: НПК «ПРОВИТА». – 2003.























СОДЕРЖАНИЕ


13 TOC \o "1-2" \h \z \u 1413 LINK \l "_Toc225697844" 141. Общие положения 13 PAGEREF _Toc225697844 \h 1431515
13 LINK \l "_Toc225697845" 141.1. Введение 13 PAGEREF _Toc225697845 \h 1431515
13 LINK \l "_Toc225697846" 141.2. Условия проведения лабораторных работ 13 PAGEREF _Toc225697846 \h 1431515
13 LINK \l "_Toc225697847" 141.3. Порядок проведения лабораторных работ 13 PAGEREF _Toc225697847 \h 1431515
13 LINK \l "_Toc225697848" 141.4. Составление отчета 13 PAGEREF _Toc225697848 \h 1461515
13 LINK \l "_Toc225697849" 142. Экспериментальный стенд 13 PAGEREF _Toc225697849 \h 1461515
13 LINK \l "_Toc225697850" 142.1. Конструкция детандер-компрессорного агрегата 13 PAGEREF _Toc225697850 \h 1461515
13 LINK \l "_Toc225697851" 142.2. Принципиальная схема экспериментального стенда 13 PAGEREF _Toc225697851 \h 14101515
13 LINK \l "_Toc225697852" 142.3. Порядок пуска агрегата 13 PAGEREF _Toc225697852 \h 14151515
13 LINK \l "_Toc225697853" 143. Лабораторная работа «Анализ работы ступени поршневого детандера при переменном натяге пружин впускного клапана» 13 PAGEREF _Toc225697853 \h 14161515
13 LINK \l "_Toc225697854" 143.1. Цель и задачи работы 13 PAGEREF _Toc225697854 \h 14161515
13 LINK \l "_Toc225697855" 143.2. Лабораторный стенд 13 PAGEREF _Toc225697855 \h 14161515
13 LINK \l "_Toc225697856" 143.3. Порядок проведения работы. Натурный эксперимент 13 PAGEREF _Toc225697856 \h 14191515
13 LINK \l "_Toc225697857" 143.4. Порядок проведения работы. Численный эксперимент 13 PAGEREF _Toc225697857 \h 14191515
13 LINK \l "_Toc225697858" 143.5. Требования к отчету 13 PAGEREF _Toc225697858 \h 14201515
13 LINK \l "_Toc225697859" 144. Лабораторная работа «Анализ работы ступени поршневого детандера при переменном конечном давлении» 13 PAGEREF _Toc225697859 \h 14211515
13 LINK \l "_Toc225697860" 144.1. Цель и задачи работы 13 PAGEREF _Toc225697860 \h 14211515
13 LINK \l "_Toc225697861" 144.2. Лабораторный стенд 13 PAGEREF _Toc225697861 \h 14211515
13 LINK \l "_Toc225697862" 144.3. Порядок проведения работы. Натурный эксперимент 13 PAGEREF _Toc225697862 \h 14231515
13 LINK \l "_Toc225697863" 144.4. Порядок проведения работы. Численный эксперимент 13 PAGEREF _Toc225697863 \h 14231515
13 LINK \l "_Toc225697864" 144.5. Требования к отчету 13 PAGEREF _Toc225697864 \h 14241515
13 LINK \l "_Toc225697865" 14СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 13 PAGEREF _Toc225697865 \h 14251515
15







Прилуцкий Игорь Кирович Прилуцкий Андрей Игоревич Арсеньев Иван Андреевич




РАСШИРИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ

Методические указания к лабораторным работам для студентов направления 140500 всех форм обучения






Редактор Л.Г. Лебедева
Корректор Н.И. Михайлова
Компьютерная верстка Н.В. Гуральник


_____________________________________________________________________
Подписано в печать 27.05.2009. Формат 60(84 1/16
Усл. печ. л. 1,63. Печ. л. 1,75. Уч.-изд. л. 1,56
Тираж 150 экз. Заказ ( C 15
_____________________________________________________________________
СПбГУНиПТ. 191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9
ИИК СПбГУНиПТ. 191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9



















13PAGE 15


13PAGE 142915



а

б

а

б

Рис. 2. Детандерная ступень:
а – схема
1 – детандерная ступень; 2 – впускная полость; 3 – выпускная полость; 4 – впускной клапан; 5 – выпускной клапан; 6 – окна; 7 – уплотнительные кольца
б – рабочие циклы







Приложенные файлы

  • doc 114417
    Размер файла: 632 kB Загрузок: 1

Добавить комментарий