Учебник - КШО - Живов (1031225), страница 76
Текст из файла (страница 76)
Методы термомеханического расчетапаровоздушных молотовПроектирование тепловой машины предусматривает расчет экономичногоэнергоносителя ее термомеханической системы. В связи с этим прежде всегообосновывается выбор энергоносителя, поскольку его свойства непосредственновлияют на весь ход расчетов.Сложность конечных формул зависит от характера закономерностей, которым подчиняется состояние энергоносителя в термодинамических процессах.При расчете, например, паровой турбины необходимо максимальное приближение к реальным условиям системы в силу высоких требований к конечной точности формул, вытекающей из назначения турбины. Для молотов же с ихпроизвольным режимом работы оказываются вполне приемлемыми упрощения,лишь бы они в определенной степени отвечали условиям работы рассчитываемой системы.Влажный пар как энергоноситель особенно удобен для аналитического исследования, поскольку его адиабатическое расширение и сжатие (основные процессы в цилиндре молота) описываются с достаточной степенью приближенияуравнением наиболее простого вида:/?К= const.При тепловом расчете рассматривают не полный термодинамический циклпаросиловой установки, а частное изменение параметров влажного пара раздельно в верхней и нижней полостях рабочего цилиндра, а также вызванноеэтим циклическое движение поршня и бабы.Действительные индикаторные диаграммы записывают непосредственнона молотах при помощи соответствующих приборов.
Расчетные индикаторныедиаграммы получают аналитическим путем по методикам, предложенным учеными. Расчетные индикаторные диаграммы позволяют определить эксплуатационные качества молота и установить энергию удара, скорости и числа ходовпадающих частей в единицу времени. На основании этих диаграмм определяют расход пара и рассчитывают линейные размеры органов парораспределенияи управления.Разработка теории паровоздушных молотов начата трудами известных русских ученых: И.А. Тиме, П.К. Мухачева, Я.Н. Марковича и др. На первых порахони ограничивались изучением последовательных ударов ковочного молота приработе на влажном паре.Расчетная схема рабочего цилиндра в принципе не отличалась от современной и учитывала объемы нижнего и верхнего вредных пространств как цилиндра(F^i и К^1 соответственно), так и проходных каналов (F^2 и V^j) или их суммы:Периоды состояния пара при прямом ходе поршня включали впуск, расширение-сжатие и выпуск.
Примем современные их обозначения в долях от полно402г л ава 17. Термомеханический расчет паровоздушных молотовго хода поршня Н^: уН^ и уН^ - участок впуска нижнего и верхнего пара соответственно; рД„ и Р'Д„ - участок расширения и сжатия пара соответственно;(1-у-Р)Я^ и (1-У-р')Я^ - участок выпуска нижнего и верхнего пара соответственно. Здесь у, у\ р, р^, (1-у-р), ( l - y - p ' ) - коэффициенты на соответствующих участках хода поршня. (Все параметры, относящиеся к верхнемупару, здесь и далее в этой главе приведены со штрихом.)Приведенные длины нижнего и верхнего вредных пространствФ„Я„ = % ;aFФ,Я, = - ^ ,Fгде ф^, фо - коэффициенты соответственно нижнего и верхнего вредных пространств; a F - площадь кольцевой части нижней полости цилиндра; F - полнаяплощадь поперечного сечения верхней полости цилиндра.Для паровоздушных молотов двойного действия важно правильно выбратьзначение коэффициента а.
При заниженном значении а сокращается площадь поперечного сечения нижней полости, что при неизменном характере рабочего процесса нижнего пара немедленно приведет к уменьшению его работы при подъемепадающих частей. В результате скорость при ходе вверх снизится, а время возрастет и, следовательно, производительность молота уменьшится.Поскольку существующие конструкции молотов обладают приемлемойбыстроходностью, для практических расчетов можно использовать следующиезначения коэффициента а и диаметра D рабочего цилиндра:т,кгаДмм6300,8123010000,8128020000,8538031500,854605000 10000 160000,87 0,88 0,88530720920Первые исследователи пренебрегали влиянием термокинетики потока параи рассматривали процессы впуска-выпуска, совершающимися при постоянномдавлении. Поэтому индикаторные линии пара, например при ходе поршня вниз,в цикле последовательных ходов выглядели так, как показано на рис.
17.5 штриховыми линиями. В КВП поршня золотник также наверху и верхний ряд оконвтулки открыт, соединяя верхнюю полость цилиндра с трубой свежего пара. Поскольку мятием пара пренебрегали, впуск характеризовала прямая аЬ\, параллельная оси абсцисс (линия ОО отсчета давления). В точке Ь\ золотник, опускаясь,отсекает верхнюю полость, и в ней начинается процесс адиабатического расширения впущенного пара с изменением его параметров по кривой/>F= const до точкис\, где в результате дальнейшего опускания золотника верхняя полость сообщается с выхлопной трубой отработавшего пара. Поскольку влияние термокинетикине учитывалось, допускали мгновенное падение давления верхнего пара р^^ дор^',далее не изменяющегося при ходе поршня от точки d' до точки е . Участок403Раздел IV.
МОЛОТЫ(1-у'-р')Я„р'Я„у'Я„Ix^Hm1'мНта'^1 а'ак/1//\^е'-Г~и^иНт^-(i'^L/ о1-^кнп^-"^квпРис. 17.5. Индикаторная диаграмма пара в цикле последовательных ходова е это еще не выпуск (поршень все еще идет вниз), а лишь его предварение,поэтому этот период и назвали предварением выпуска (то же и для впуска).Анализ действительных индикаторных диаграмм обнаружил, что параметрыпара, замеренные в ходе испытаний, не совпадают с таковыми по теоретическим индикаторным диаграммам. На основании результатов экспериментов проф. А.И.
Зимин уточнил допущения, принятые при построении расчетных индикаторныхдиаграмм на участках хода поршня при впуске свежего пара и выпуске отработавшего. Позднее он еще раз скорректировал основы теории с тем, чтобы наскольковозможно приблизиться к ожидаемому изменению параметров пара. Связывая результаты расчетов с этим последним условием, А.И. Зимин назвал полученные индикаторные диаграммы оэюидаемымщ или предположттелъными.
Методика термомеханического расчета паровоздушных молотов по этим диаграммам получилавсеобщее признание и была принята конструкторами молотов как типовая.17.5. Предполагаемое изменение параметров параВ реальных условиях с самого начала впуска, как только поршень начинаетперемещаться, возрастает скорость пара, а это вследствие термокинетическихпотерь, увеличивает перепад давлений на входе в цилиндр. Примем оговоренноеранее допущение: до тех пор, пока скорость потока не достигнет фиксированнойскорости мятия WMfTl = 80 м/с, изменением давления пренебрегать и считать егоравным начальному давлению р.404Глава17. Термомеханический расчет паровоздушных молотоеВ общем случае причинами ускорения потока на впуске могут быть увеличение объема полости при возрастающей скорости поршня либо уменьшениеплощади проходных сечений на входе в полость, либо то и другое.
Оба фактораотображаются условием неразрывности потока:где у^я^, - скорость поршня в начале мятия; F^j^ - минимальная площадь проходного сечения цилиндра на входе пара.При построении предположительных индикаторных диаграмм принято КВПпоршня относить к правой стороне диаграммы и движением справа налево отображать ход падающих частей вниз. С левой стороны диаграммы обычно располагают КНП поршня.
На определенном расстоянии от оси абсцисс проводятлинии начального давления/? и конечного/?!.Характеристическую точку а^ (см. рис. 17.5), соответствующую началу мятияверхнего пара при ходе вниз {а^ - для нижнего пара при ходе вверх), координируем на линии начального давления отрезком у^Н^ (у^Н^). Существование точкиа^ - первое отличие предположительной диаграммы от теоретической в рассматриваемом цикле автоматических (последовательных) ходов.Дальнейшее изменение параметров пара приобретает очень сложный характер.
Поскольку пар - газообразное тело с очень малым модулем объемного сжатия, то кроме случая заполнения полости цилиндра при впуске он всегдарасширяется. Увеличение скорости потока на входе способствует превалирующему проявлению процесса расширения. Это обстоятельство - основание дляфундаментального допущения в теории проф. A.M.
Зимина: пренебрегая некоторым переходным этапом, процесс изменения параметров пара при интенсивноммятии на впуске можно отображать на предположительных индикаторных диаграммах как адиабатическое расширение по закону /?F== const. УпрощениеA.M. Зимина состоит в том, что исходная точка а'^ кривой pV= const на горизонтали начального давления определена для верхнего пара отрезком у^^Н^(Ухв^т ~ для нижнего), равным полусумме полного хода при впускеуН^(уН^)и хода Y^H^{y^H^) при постоянном начальном давлении до начала мятия:т.
е. точка адиабаты а^ расположена посредине отрезка (у^ +Ум )^тПосле перекрытия впускных окон при ходе поршня от точки Ь' до точки с'происходит расширение пара в отсеченной полости цилиндра. Затем окна открываются и полость соединяется с выхлопной трубой. На теоретических индикаторных диаграммах этому моменту соответствует мгновенное падениедавления в цилиндре дор^.В действительности же давление в полости не можетизмениться скачкообразно в связи с термокинетическими процессами на входе.405РазделIV. МОЛОТЫСогласно теории проф. А.И. Зимина, закон адиабатического расширения можнораспространить на весь период предварения выпуска - участок с'е. Однако можетоказаться, что в конце расширения давление пара будет несколько выше выхлопного, и тогда при последующем реверсе движения произойдет ускоренный спаддавления до/?].Изменение параметров пара на выпуске тоже следовало бы определятьс учетом термокинетики процесса, но это слишком усложняет расчет без особого выигрыша в точности.
Поэтому давление при выпуске предполагают постоянным (отрезок e'd').После выпуска при ходе вверх золотник отсекает верхнюю полость (при ходе вниз - нижнюю) и начинается адиабатическое сжатие пара - участок dy\ которое, согласно исследованиям А.И. Зимина, можно распространить на весьпоследующий период предварения впуска - участок/'^2', - когда полость соединена с трубой свежего пара, но давление в ней растет постепенно.Давление пара р^ в период выпуска при построении предположительныхиндикаторных диаграмм, как правило, назначают в соответствии с результатамииспытаний хорошо отлаженных (требуемые число ходов и энергия удара обеспечены при экономном расходовании энергоносителя) молотов в зависимостиот характера ударов, начального давления, степени расширения и возможногоперепада давлений при реверсе движения поршня.У штамповочных молотов давление нижнего пара на всем участке хода вниздля полного единичного ударар, = 0,63(;7-0,1)-0,075,(17.8)а давление верхнего пара на участке выпуска для первого холостого хода вверхгде/?1 - в МПа; PQ^ - давление в выхлопной трубе.17.6.
Основные размеры цилиндра молотаЭффективная энергия полного удара падающих частей молота стандартизована в качестве основного параметра, и достижение ее при единичном ходе обязательно. Стандарт ограничивает ее минимальное значение и этим исключаетвозможность неполной отдачи, например при уменьшенном ходе поршня.При обработке заготовок на ковочных молотах недоход поршня до КППможет достигать 10 % от полного хода у однотонных и до 25 % - у восьмитонных прессов. Поэтому при расчете ковочных молотов эффективную энергиюудара необходимо задавать с соответствующим запасом:4 = (1,1...1,25)1згостУ штамповочных молотов удар с максимальной отдачей энергии наносятпри завершении обработки в окончательном ручье, когда высота поковки не406г л ава 17.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
