Рабочие процессы компрессоров объемного действия с

2
1. Цели и задачи дисциплины
Дисциплина «Рабочие процессы компрессоров объемного действия с однофазным
рабочим телом» является специальным курсом в системе подготовки бакалавров по направлению
«Энергетическое машиностроение».
Целью данной дисциплины являются:
 получение студентами знаний о рабочих процессах, протекающих в полостях
компрессорных машин различных конструкций;
 получение студентами знаний об устройстве компрессоров, компрессорных станций и
пневматических сетей;
 ознакомление с современными тенденциями развития отрасли компрессоростроения
Задачи изучения данной дисциплины:
 ознакомиться с общими сведениями о рабочих процессах, протекающих в полостях
компрессорных машин различных конструкций;
 изучить устройство и принцип действия компрессорных машин различных конструкций
и их энергетические характеристики;
 изучить методы проектирования компрессорных машин;
 ознакомиться с устройством компрессорных станций и пневматических сетей;
2. Место дисциплины
Предмет «Рабочие процессы компрессоров объемного действия с однофазным рабочим телом»
позволяет студенту изучить основные источники получения сжатого газа, а так же познакомиться с
современными методами их проектирования.
Курс «Рабочие процессы компрессоров объемного действия с однофазным рабочим телом»
является естественнонаучной дисциплиной в подготовке бакалавров. Она отражает наиболее
значимые достижения в области компрессоростроения
и эксплуатации компрессорных и
вакуумных машин. Формирует у студента представление о компрессорах объемного принципа
действия.
Дисциплина «Рабочие процессы компрессоров объемного действия с однофазным рабочим
телом» входит в естественнонаучный цикл, в дисциплины по выбору студента.
Предшествующие дисциплины:
 «Высшая математика»;
 «Термодинамика»;
 «Спецглавы физики (тепломассообмен)»;
 «Трение, износ и уплотнительная техника»;
 «Детали машин и основы конструирования»
Дисциплины, изучаемые одновременно:
 Термодинамика
Последующие дисциплины:
 Нет.
3. Требования к уровню подготовки студента, завершившего изучение дисциплины
3.1. В результате освоения дисциплины «Рабочие процессы компрессоров объемного
действия с однофазным рабочим телом» должны быть сформированы следующие компетенции:
- готовностью к самостоятельной, индивидуальной работе, принятию решений в рамках своей
профессиональной компетенции (ОК-7);
- готовностью выявить естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе
профессиональной деятельности, и способностью привлечь для их решения
соответствующий физико-математический аппарат (ПК-3);
- способностью и готовностью использовать технические средства для измерения основных
параметров объектов деятельности (ПК-18);
- способностью и готовностью к освоению новых типов оборудования (ПК-20);
3
-
способностью и готовностью осуществлять монтажно-наладочные и сервисноэксплуатационные работы на объектах профессиональной деятельности после
непродолжительной профессиональной адаптации (ПК-21);
3.2. В результате освоения дисциплины студент должен демонстрировать освоение указанными
компетенциями по дескрипторам «знания, умения, владения», соответствующие тематическим
модулям дисциплины, и применимые в их последующем обучении и профессиональной
деятельности:
- Знать:
З.1. знать принципы действия и классификацию компрессорных машин, области их
применения;
З.2. знать методы расчета рабочих процессов в компрессорах объемного действия;
З.3. знать общие принципы построения конструкций и конструктивные особенности
компрессорных машин;
З.4. знать методы и конструкции уплотнений, применяющихся в компрессорах;
З.5. знать методы регулирования производительности компрессорных установок;
- Уметь:
У.1. по данным технического задания выбрать тип компрессора и выполнить расчет
его основных параметров, в том числе, с использованием ЭВМ;
У.2. провести анализ эксплуатационных характеристик компрессора
У.3. уметь составить блок-схему расчета внешних характеристик компрессора;
- Владеть:
В.1. представлениями об особенности рабочих процессов в компрессорах объемного
принципа действия
В.2. методиками расчета компрессора объемного принципа действия ;
В.3. методиками математического моделирования рабочих процессов компрессоров
объемного действия;
В.4. методиками экспериментального исследования компрессорных машин.
3.3. Проектируемые результаты и признаки формирования компетенций.
Индекс
компетенции
ОК-7
ПК-3
ПК-18
Компетентностная модель дисциплины
Проектируемые результаты освоения
дисциплины «Рабочие процессы
Средства и
компрессоров объемного действия с
технологии
однофазным рабочим телом»
оценки
Знания (З) Умения (У)
Навыки (В)
З.1 – З.5
У.1 – У.3
В.1 – В.4
Зачет, устный
опрос, отчеты по
лабораторным
работам,
домашнее
задание, реферат
З.1 – З.5
У.1 – У.3
В.1
Экзамен, устный
опрос, отчеты по
лабораторным
работам,
домашнее
задание, реферат
З.1 – З.5
У.1
В.4
Экзамен, устный
опрос, отчеты по
лабораторным
Технологии
формирования
компетенции1
6.1.1-6.1.3
6.1.1-6.1.3
6.1.1-6.1.3
4
работам,
домашнее
задание, реферат
ПК-20
З.1 – З.5
У.1 – У.2
В.1
Экзамен, устный
6.1.1-6.1.3
опрос, отчеты по
лабораторным
работам,
домашнее
задание, реферат
ПК-21
З.1 – З.5
У.1 – У.3
В.1 – В.4
Экзамен, устный
6.1.1-6.1.3
опрос, отчеты по
лабораторным
работам,
домашнее
задание, реферат
1
Образовательные технологии, используемые при реализации дисциплины, указаны в п.6.
4. Объем дисциплины и виды учебной работы в часах и зачётных единицах
Очная форма обучения
Семестры
Вид занятий
Всего (час./
зач.ед. )
1 2 3 4
5
6 7
Всего аудиторных занятий:
36
36
Лекции
18
18
Практические занятия
18
18
Лабораторные работы
Самостоятельная работа:
72
72
РГР
Домашнее задание
10
10
Проработка лекционного курса
62
62
Количество часов на экзамен
Всего по дисциплине
108/3
108/3
Вид аттестации за семестр (зачет, экзамен)
Зачет
Зачет
Заочная форма обучения
Вид занятий
Всего аудиторных занятий:
Лекции
Практические занятия
Лабораторные работы
Самостоятельная работа:
Курсовой проект
Домашнее задание
Проработка лекционного курса
Количество часов на экзамен
Всего по дисциплине
Вид аттестации за семестр (зачет, экзамен)
8
9 10
Всего (час./
Семестры
зач.ед. )
1 2 3 4 5
6
7 8 9 10
8
8
4
4
4
4
100
100
10
90
10
90
108/3
Зачет
108/3
Зачет
5
5. Содержание разделов данной дисциплины по модулям и видам учебных занятий:
5.1. Содержание дисциплины по модулям.
1. Термины и определения. Принцип действия, классификация, области применения.
2. Классификация пневматических систем.
3. Термодинамические основы сжатия газов.
4. Поршневые и мембранные компрессоры. Роторные компрессоры. Вакуумные
машины.
5. Регулирование производительности и работа компрессора в системе.
6. Основные узлы и состав компрессоров и компрессорных установок.
7. Монтаж и эксплуатация компрессоров.
8. Основы математического моделирования рабочих процессов поршневого
компрессора.
Содержание модулей
1
2
3
4
Форма
обучения
О
З
О -З
Модуль 1. Термины и определения. Принцип действия, классификация,
области применения.
Термины и определения, понятие о машинах объемного и динамического Л
действия (поршневые, мембранные, роторные, типа Рутс, прямозубые, винтовые,
спиральные), принцип действия компрессоров при сжатии газов, основные
потребители сжатых газов, предпочтительные области применения конструкций
компрессоров в зависимости от параметров потребителя
Основные проблемы компрессоростроения как отрасли.
Л,
П
Модуль 2. Классификация пневматических систем .
Понятие о пневматической системе. Виды и определения систем, состав системы, Л
проблемы и технология получения чистых сжатых газов, основные потребители
и их требования, основные конструктивные особенности компрессоров,
служащих для получения чистых сжатых газов.
Термодинамические основы сжатия газа, первый закон термодинамики для тела с Л
переменной массой.
Модуль 3. Термодинамические основы сжатия газов .
Методы расчета рабочих процессов компрессора.
Л,
П
Первый закон термодинамики для тела с переменной массой и его применение Л,
для расчета рабочих процессов, аналитические методы расчета рабочих П
процессов, расчет динамики запорного элемента самодействующего клапана.
Модуль 4. Поршневые и мембранные компрессоры. Роторные
компрессоры. Вакуумные машины.
Схемы поршневых и мембранных компрессоров, понятие об унифицированных Л,
базах, типовой состав компрессора. Особенности протекания рабочих процессов, П
конструкции
газораспределительных
органов.
Основные
внешние
характеристики. Индикаторная диаграмма идеального и реального компрессоров,
расчет индикаторной мощности, коэффициент наполнения, объемный и
термический коэффициенты ступени. Механизмы привода компрессоров, их
особенности, преимущества и недостатки, динамический расчет компрессора.
Конструктивные схемы компрессоров для многоступенчатого сжатия.
Смазываемые и несмазываемые, охлаждаемы и неохлаждаемые поршневые
компрессоры, особенности конструкций и условий эксплуатации. Работа
кольцевого уплотнения, расчет потерь мощности на трение, конструкции
Л
Л
С
С
Л,
П
С,
П
Л,
П
6
уплотнений. Работа и конструкции бесконтактных поршневых уплотнений
(лабиринтных, щелевых, комбинированных). Материалы самосмазывающихся
уплотнений, проблемы изготовления и использования. Компрессоры с
внутренним отводом теплоты сжатия, конструктивные особенности.
Компрессоры с газостатическим центрированием поршня, особенности
применения, расчет газового подвеса поршня (статический и динамический).
Методы расчета рабочих процессов поршневых и мембранных компрессоров,
метод контрольных объемов, многоуровневое математическое моделирование,
модели нулевого, первого и второго уровня. Первый закон термодинамики для
тела с переменной массой и его применение для расчета рабочих процессов,
аналитические методы расчета рабочих процессов, расчет динамики запорного
элемента самодействующего клапана.
5
6
Компрессоры с катящимся ротором (типовые схемы, расчет геометрических С
параметров, особенности протекания рабочих процессов, интенсификация
охлаждения, перспективные схемы конструкций). Роторные компрессоры типа
Рутс (геометрия рабочей полости, особенности рабочих процессов). Винтовые
компрессоры (конструктивная схема одновинтового, двух- и трехвинтового
компрессора, геометрия рабочих органов, сухие и смазываемые компрессоры,
маслои
водо-заполненные,
теоретическая
и
действительная
производительность, работа и мощность, пути совершенствования). Ротационнопластинчатые компрессоры (рабочие процессы, внешние параметры,
теоретическая и действительная производительность, проблемы торцевого
уплотнения). Спиральные компрессоры (принцип действия, особенности
конструкции, пути совершенствования).
С
Типовые схемы, расчет геометрических параметров, особенности протекания С
рабочих процессов, интенсификация охлаждения, перспективные схемы
конструкций.
С
Модуль 5. Регулирование производительности и работа компрессора в
системе.
Регулирование производительности поршневых компрессоров (воздействие на
привод, на коммуникации до и после компрессора, воздействие на клапаны, на
мертвый объем, комбинированные методы). Регулирование производительности
винтовых компрессоров (байпасирование, дросселирование на всасывании,
воздействие на привод, исключение из работы части полостей, изменение
эффективной длины винтов). Регулирование производительности ротационнопластинчатых компрессоров (дросселирование на всасывании и нагнетании,
воздействие на привод, периодическая остановка). Работа лопастного
компрессора в системе (напорная характеристика, характеристика сети, понятие
о рабочей точке системы компрессор – сеть, явление помпажа, подбор
компрессора по характеристике сети). Регулирование лопастных компрессоров
(на постоянство давления на входе и на выходе, изменение частоты вращения,
регулирование входным направляющим аппаратом, комбинированное и
антипомпажное регулирование). Параллельная и последовательная работа
компрессоров.
Модуль 6. Основные узлы и состав компрессоров и компрессорных
установок.
Конструктивные элементы поршневых компрессоров (поршни, штоки и шатуны,
коленчатый вал, подшипниковые узлы, сальники и уплотнения), винтовых
компрессоров (винты и синхронизирующие устройства), лопастных
компрессоров (ротор, статор, уплотнения и подшипниковые узлы).
Особенности устройства газовых и холодильных компрессоров. Основные
Л
Л
Л,
П
С
Л
С
7
7
8
расчеты на прочность и износостойкость элементов компрессорных машин.
Модуль 7. Монтаж и эксплуатация компрессоров.
Монтаж поршневого и винтового компрессоров, пуск и остановка (длительная, Л
кратковременная, аварийная), обслуживание и ремонт основных узлов,
испытания.
Модуль 8. Основы математического моделирования рабочих процессов
поршневого компрессора .
Основы математического моделирования ПК. Методы расчета рабочих Л
процессов поршневого компрессора. Первый закон термодинамики для тела с
переменной
массой,
метод
контрольных
объемов,
многоуровневое
математическое моделирование, модели нулевого, первого и второго уровня.
5.2.
С,
П
С,
Содержание практических и лабораторных занятий
5.2.1. Содержание практических работ
Проведение практических работ имеет цель ознакомить
студентов с методами
измерения параметров компрессоров, привить студентам практические навыки по
методам экспериментальных исследований и обработки опытных данных, помочь им в
усвоении отдельных разделов лекционного курса.
1
2
3
4
5
Содержание практикума
Модуль 4. Поршневые и мембранные компрессоры. Роторные компрессоры.
Вакуумные машины.
Определение коэффициента полезного действия одноступенчатого воздушного
поршневого компрессора (часть 1 и часть 2).
Модуль 4. Поршневые и мембранные компрессоры. Роторные компрессоры.
Вакуумные машины.
Определение коэффициента подачи одноступенчатого воздушного поршневого
компрессора (часть 1 и часть 2).
Модуль 4. Поршневые и мембранные компрессоры. Роторные компрессоры.
Вакуумные машины.
Расчет динамики запорного элемента самодействующего клапана.
Модуль 5. Регулирование производительности и работа компрессора в
системе.
Изучение способов регулирования производительности одноступенчатого
воздушного поршневого компрессора (часть 1 и часть 2).
Модуль 8. Основы математического моделирования рабочих процессов
поршневого компрессора .
Тепловой расчет двухступенчатого компрессора.
Часы
О О З
-З
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
6. Образовательные технологии.
6.1. Для достижения планируемых результатов освоения дисциплины «Рабочие процессы
компрессоров объемного действия с однофазным рабочим телом» используются следующие
образовательные технологии:
6.1.1. Информационно-развивающие технологии:
- использование мультимедийного оборудования при проведении занятий;
- получение студентом необходимой учебной информации под руководством преподавателя или
самостоятельно (www.omgtu.ru (Общая информация – Кафедры)));
- метод IT - применение для всех видов контроля – электронного тестового комплекса (СДО
«Прометей»).
6.1.2. Развивающие проблемно-ориентированные технологии.
- проблемные лекции;
8
- Case-study
- «работа в команде» - совместная деятельность под руководством лидера, направленная на
решение общей поставленной задачи;
- «междисциплинарное обучение» - использование знаний из разных областей, группируемых и
концентрируемых в контексте конкретно решаемой задачи;
- контекстное обучение;
- обучение на основе опыта.
6.1.3. Личностно ориентированные технологии обучения.
- консультации;
- «индивидуальное обучение» - выстраивание для студента собственной образовательной
траектории с учетом интереса и предпочтения студента;
- опережающая самостоятельная работа – изучение студентами нового материала до его
изложения преподавателем на лекции и других аудиторных занятиях;
- подготовка к докладам на студенческих конференциях.
6.2. Методы активизации учебного процесса
Лабораторные
Методы
Лекция
работы
Метод IT
+
+
Работа в команде
+
Case-study
+
Проблемное обучение
+
Контекстное обучение
+
+
Обучение на основе
+
+
опыта
Индивидуальное
обучение
Междисциплинарное
+
+
обучение
Опережающая
самостоятельная
+
работа
Практические
занятия
СРС
+
+
+
+
+
+
+
6.3. Интерактивные формы обучения3
№
1
Семестр,
модуль
5 семестр
Модуль 1
Применяемые технологии интерактивного обучения
Кол-во
часов
Лабораторный практикум. Практические занятия. Работа
1
в команде. Case-study.
СРС. Опережающая самостоятельная работа
1
2
5 семестр
Лабораторный практикум. Практические занятия. Работа
1
Модуль 2
в команде. Case-study.
СРС. Метод проектов.
1
3
5 семестр
Лабораторный практикум. Практические занятия. Работа
2
Модуль 5
в команде. Case-study.
СРС. Опережающая самостоятельная работа
1
4
5 семестр
Лабораторный практикум. Практические занятия. Работа
1
Модуль 6
в команде. Case-study.
СРС. Опережающая самостоятельная работа.
2
ИТОГО 10
3
Объем часов, запланированный на проведение занятий в интерактивной форме, согласуется с
руководителем ООП.
9
7. Самостоятельная работа студентов
Самостоятельная работа направлена на закрепление и углубление
теоретических и практических знаний, развитие навыков практической работы.
полученных
7.1. Объем СРС и распределение по видам учебных работ в часах
Вид СРС
Количество часов4
Семестры
5
1.
Работа с лекционным материалом,
самостоятельное изучение отдельных тем
дисциплины; поиск и обзор литературы и
50
электронных источников; чтение и изучение
учебника и учебных пособий.
2. Подготовка к лабораторным и практическим
занятиям, оформление отчетов к лабораторным
22
работам
3. Выполнение РГР
4. Выполнение КП
ИТОГО
72
4
Объем и распределение часов на выполнение СРС произведено на основании опроса студентов.
7.2.
Домашнее задание.
Рефераты по темам:
1. Конструкции поршневых уплотнений компрессоров без смазки.
2. Материалы, применяемые для самосмазывающихся уплотнений компрессоров без
смазки.
3. Конструкции компрессоров с бесконтактным уплотнением поршня.
4. Конструкции компрессоров с внутренним отводом теплоты сжатия.
5. Газовые и воздушные фильтры для очистки сжимаемого рабочего тела в
компрессорах.
6. Механизмы прямолинейного направления поршня машин объемного действия.
7. Конструкции микрорасходных компрессоров объемного действия.
8. Конструкции компрессоров с электромагнитным приводом.
9. Конструкции компрессоров с газовыми опорами.
10. Методы расчета самодействующих клапанов поршневых компрессоров.
11. Определение коэффициента теплоотдачи в компрессорах объемного действия.
8. Оценка качества освоения программы дисциплины «Рабочие процессы компрессоров
объемного действия с однофазным рабочим телом»
8.1. Фонды оценочных средств
Фонд оценочных средств позволяет оценить знания, умения и уровень приобретенных
компетенций.
Фонд оценочных средств по дисциплине «Рабочие процессы компрессоров объемного действия с
однофазным рабочим телом» включает:
- вопросы к зачету;
- варианты домашнего задания;
- вопросы для допуска к выполнению лабораторных работ;
- вопросы к итоговому заданию по лабораторному практикуму;
- тестовый комплекс;
- набор вариантов контрольных работ;
10
- задания для проведения занятий в интерактивной форме.
Оценка качества освоения программы дисциплины «Рабочие процессы компрессоров
объемного действия с однофазным рабочим телом» включает текущий контроль успеваемости,
промежуточную аттестацию (по модулям), итоговую аттестацию.
Студентам предоставлена возможность оценивания содержания, организации и качества
учебного процесса.
8.2. Контрольные вопросы по дисциплине:
Модуль 1.
1.
2.
3.
Модуль 2.
4.
5.
6.
7.
Модуль 3.
8.
9.
10.
11.
Модуль 4.
12.
13.
Что такое поршневой компрессор? На какие типы подразделяются поршневые
компрессоры: по типу привода; по способу направления поршня; по типу поршневого
уплотнения.
Какими внешними характеристиками обладает компрессор? Каким образом
графически отображаются процессы, происходящие в контрольных объемах
компрессора?
Чем отличается реальный компрессор от идеального? КПД компрессора и какими они
бывают?
Газостатическая опора, принцип ее работы? Какими параметрами характеризуется
газостатическая опора?
Распределение газа в газостатической опоре? Что такое жесткость газостатической
опоры? Удельная теплоемкость и как она рассчитывается?
Основные термодинамические зависимости, характеризующие рабочие процессы
поршневого компрессора.
Причины стремления к использованию чистых газов. В чем сказывается
преимущество использования чистых газов? Масштабы использования сжатого
воздуха. Почему сжатые газы широко применяются в промышленности?
Основные потребители чистых сжатых газов. Основные принципы классификации
пневматических систем.
Обобщенная система для получения чистых сжатых газов. Что произойдет с
механизмами, если использовать в них загрязненный сжатый воздух, и почему?
Типы компрессорных машин, их преимущества и недостатки при сжатии чистых
газов.
Основные отличия свойств компрессоров динамического действия от свойств
компрессоров объемного действия. Основные критерии выбора типа компрессорной
машины.
Типы поршневых компрессоров без смазки Преимущества и недостатки поршневых
компрессоров с кольцами из самосмазывающихся материалов.
Недостатки компрессоров с бесконтактным уплотнением поршня. Требования,
предъявляемые к клапанам компрессоров без смазки.
11
14.
15.
16.
Модуль 5.
17.
18.
Модуль 6.
19.
20.
Модуль 7.
21.
22.
23.
24.
Модуль 8.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
Проблемы создания компрессоров с шариковой направляющей поршня. Принцип
работы компрессора с газостатическим центрированием поршня.
Принцип работы газостатического уплотнения.
Распределение давления в газостатическом уплотнении. Предполагаемые свойства
компрессора с газостатическим центрированием поршня.
Что такое проектирование? Общая схема проектирования, операторы системы.
Существующая последовательность проектирования.
Понятие о готовом и неготовом техническом решении. Особенности математического
моделирования новых технических решений.
Схема разработки технического задания на новый объект техники. Что такое
НИОКР?
Механизмы приводов поршневых машин. Принципы феноменологического анализа
основных конструктивных признаков. Основные технологические принципы
проектирования.
Монтаж поршневого и винтового компрессоров,
Пуск и остановка (длительная, кратковременная, аварийная) поршневого и винтового
компрессоров,
Обслуживание и ремонт основных узлов, испытания.
Монтаж и пробный пуск центробежного компрессора, пуск, остановка,
обслуживание и процесс работы.
Основы математического моделирования ПК.
Методы расчета рабочих процессов поршневого компрессора.
Первый закон термодинамики для тела с переменной массой.
Метод контрольных объемов.
Многоуровневое математическое моделирование.
Модели нулевого, первого и второго уровня.
9. Ресурсное обеспечение дисциплины.
9.1. Материально-техническое обеспечение дисциплины
9.1.1. Технические средства обучения и контроля
1. Наличие видео-компьютерной-TV установки в ауд. 6-105 позволяет демонстрировать
студентам на практических занятиях оригинальные рисунки компрессорных машин.
2. Использование тестовых заданий для текущего контроля знаний студентов,
полученных при самостоятельном изучении лекционного курса и в период промежуточных
аттестаций.
3. Учебные плакаты.
12
13