Подобрать и рассчитать предохранительное устройство (ПУ) установленное на нагнетательной линии компрессора.

Исходные данные представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Исходные данные

Решение

1 Расчет предохранительного клапана

Максимально допустимое давление в аппарате при срабатывании предохранительного устройства, согласно Правилам Ростехнадзора России, составляет

                                                 (1)

Выпишем справочные величины [2]

– молярная масса метана М= 16 кг/моль;

– показатель изоэнтропы при нормальных условиях =1,3;

– параметры критической точки =  4,64 МПа;

Пропускная способность для газов

                               (2)

где F - площадь сечения седла ПК, мм²;

p₁ - избыточные давления среды до предохранительного устройства при исте­чении, МПа;

В₁ B₂ - коэффициенты, зависящие от физико-химических свойств газов и паров, а также от характера истечения среды через ПУ;

 - коэффициент расхода,  [2].

Температура кислорода при давлении

                                           (3)

Определим приведенные параметры

                                                   (4)

                                                    (5)

В зависимости от  и по графику определим коэффициент сжимаемости газа  [2].

Определим плотность реального газа

                                           (6)

Определим коэффициент В₁

                                       (7)

где В₃ - максимальный коэффициент изоэнтропного расширения при критическом отношении давлений;

                                            (8)

Определим величины отношений давлений

                                                    (9)

                                               (10)

Так как  то режим критического истечения с постоянным максимальным расходом, т.е. В₂ = 1. 

Определим площадь сечения седла ПК

                                                    (11)

По каталогу выбираем клапан, характеристики представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Основные характеристики ПК

Определим пропускную способность

Определяем аварийный расход сброса

                                               (12)

где - плотность метана при н.у., ;

По формуле Ростехнадзора определяем площадь проходного сечения

                             (13)

где  – коэффициент расхода, ;

В – коэффициент, который выбираем в зависимости от k и ,               В = 0,697 [2];

При m_k = m_a  расчетная величина

                                     (14)

Определим коэффициент пропускной способности

                                               (15)

Расчетное значение коэффициента пропускной способности меньше теоретического значения (3,87 < 21,2).

Площадь сечения предохранительного клапана

                                             (15)

Так как,  (129 мм² > 90,2 мм²), то клапан удовлетворяет требованиям Ростехнадздора.

Определим диаметр седла

                                             (16)

Подбираем пружину № 109, D_y = 50 мм, диапазон настройки давления (3,54,0) МПа.

2 Расчет предохранительной мембраны

Выбираем мембрану из твердой меди, для которой

- диаметр, d = 30 мм;

- предел прочности

- температурный коэффициент,

- относительное удлинение при разрыве мембраны,  [1].

Определяем радиус кривизны сферического купола мембраны

                                        (17)

Определим толщину металлопроката для изготовления мембраны

                                                             (18)

       Принимаем стандартную толщину металлопроката

       Определим давление срабатывания мембраны

                                                               (19)

Рисунок 1 – Предохранительное устройство