Введение к работе
Актуальность работы. Развитие химической, нефтеперерабатывающей, пищевой и ряда других отраслей промышленности, в которых широко применяются паровые холодильные машины с центробежными компрессорами, обусловило разработку методов расчета процессов в компрессорах, сжимающих реальные газы и их смеси, а также потребовало создания надежных уравнений состояния
Рабочие процессы паровых холодильных компрессоров происходят в области перегретого пара в непосредственной близости от правой пограничной кривой, где свойства реального рабочего вещества наиболее сильно отличаются от свойств идеального газа В таких случаях необходимо использовать уравнения для реального газа При этом возможно либо применение таблиц или диаграмм состояния, либо аналитическое определение параметров с помощью уравнений состояния
Расчет с помощью диаграмм состояния ввиду недостаточной густоты изолиний и необходимости приближенной интерполяции при расчетах процессов сжатия в компрессорах не дает удовлетворительных результатов Кроме того, использование диаграмм состояния не позволяет непосредственно определить эффективную работу сжатия Обработка экспериментальных данных с помощью тепловых диаграмм, как показывает опыт, также отличается чрезвычайно низкой точностью и высокой трудоемкостью
Традиционно расчеты холодильных и газовых центробежных компрессоров проводятся в предположении, что процессы сжатия в проточной части являются политропными и все существующие методы расчета, опираются на уравнение политропы для идеального газа Настоящая работа посвящена разработке наиболее общего и строгого метода расчета политропных процессов в центробежных компрессорах, единого при работе на произвольном газе - как любом реальном (или их смеси), так и идеальном
Цели и задачи исследования. Целью настоящего исследования является изучение и анализ известных методов расчета холодильных компрессоров, работающих на реальных хладагентах, и разработка наиболее общего метода расчета процесса, основанного на применении общего для всех рабочих веществ и смесей уравнения политропного процесса
Основными задачами в диссертационной работе являются
Разработка основных положений метода обобщенной политропы без допущений о свойствах сжимаемых веществ, основанного на применении наиболее общего уравнения политропного процесса, как процесса с постоянной теплоемкостью
Разработка метода и реализация на ЭВМ программы поэлементного расчета, холодильного центробежного компрессора, работающего на произвольном реальном газе, основанном на методе обобщенной политропы
Разработка вычислительной системы для расчета термодинамических параметров наиболее важных реальных газов (метан, этилен, пропан), свойства, которых описываются уравнением состояния Боголюбова-Майера, записанного в полностью безразмерном виде
Проведение систематического численного эксперимента с целью сравнительного анализа результатов расчетов политропных процессов предлагаемым методом обобщенной политропы с результатами расчетов по известным прибли-
4 женным методам
Научная новизна выполняемого исследования состоит в следующем
Разработан метод поэлементного расчета холодильного центробежного компрессора, работающего на произвольном реальном газе, основанный на применении метода обобщенной политропы
Выполнен систематический численный эксперимент по сопоставлению результатов расчетов параметров центробежного компрессора, работающего на семи реальных рабочих веществах, показавший отличие приближенных методов основанных на уравнении pv" = const в сравнении со строгим методом обобщенной политропы В области низких давлений приближенные методы обеспечивают приемлемую точность определения политропного к п д, а в области средних и высоких давлений точность снижается, достигая в ряде случаев недопустимого для инженерных расчетов уровня
Практическая иенность работы заключается в следующем
Анализ процессов в центробежных компрессорах, сжимающих произвольные реальные рабочие вещества или их смеси, целесообразно проводить методом обобщенной политропы Это позволит упростить и сделать более точными и строгими методики расчета эффективности и рабочих параметров компрессоров
Разработанный метод поэлементного расчета может быть использован в конструкторских бюро и исследовательских лабораториях при обработке данных экспериментального исследования, расчета и оптимизации конструкций и режимов работы подобных машин
Результаты работы могут быть использованы также для воздушных и газовых центробежных компрессоров, применяемых в различных отраслях промышленности
Основные результаты и программное обеспечение, полученные в кандидатской диссертации используются ООО «НПФ «Энтехмаш» при разработке и проектировании центробежных нагнетателей и компрессоров и в учебном процессе на кафедре холодильных машин и низкопотенциальной энергетики ГОУ ВПО «СПбГУНиПТ»
Положения, выносимые на защиту:
Метод расчета процесса сжатия реального газа в центробежном компрессоре, основанный на уравнении обобщенного политропного процесса как процесса с постоянной теплоемкостью, является наиболее строгим и общим, применимым к политропньш процессам в любом реальном газе или смеси реальных газов Уравнение политропного процесса при сжатии идеального газа— вида р v " = const является частным случаем обобщенного политропного процесса для идеального газа и может применяться лишь для приближенного описания процессов в реальных газах
Методика поэлементного расчета процессов в холодильном центробежном компрессоре, использующая метод обобщенной политропы, может применяться при проектировании и обработке опытных данных холодильных и иных компрессорах, сжимающих любые реальные газы и смеси
Вычислительная система для определения термических и калорических параметров реальных рабочих веществ, свойства которых описываются безразмерным уравнением Боголюбова-Майера, позволяющая находить необходимые
5 параметры по любой паре двух известных, является необходимым инструментом для расчетов компрессоров, сжимающих реальные газы, для которых эти уравнения созданы
Апробадня работы. Материалы исследования по теме диссертации докладывались и обсуждались на XIV международной научно-технической конференции по компрессорной технике, 23-25 мая 2007 г в г Казань 2007 г , на ХШ международной научно-технической конференции по компрессоростроению «Компрессорная техника и пневматика в XXI веке» 15-17 сентября 2004 г в г Сумы, на 33-й (СПб, 2004) на 32-й (СПб, 2003), на 31-й (СПб, 2002), научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов ГОУ ВПО «СПбТУНиПТ»
Публикации. Основные положения диссертации и ее результаты достаточно полно отражены в 6 печатных работах, в том числе в 1 работе, опубликованной в издании, рекомендованном ВАК РФ
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и содержит 132 страницы основного машинописного текста, 28 таблиц, 50 рисунков Список использованной литературы включает 128 наименований, включая 16 зарубежных источников
