Динамический расчет4 (Опозитный двурядный компрессор)

Раздел 3. Динамический расчет поршневого компрессора.

3.1. Уравновешивание компрессора.

Рис.3.1. Схема одноступенчатого двухрядного оппозитного компрессора.

Механизм движения компрессора – коленчатый вал, шатун, поршень. Из них поршень - совершает только возвратно-поступательные движения, коленчатый вал – вращательное, шатун – сложно-плоское, которое можно рассматривать как результат сложения двух движений: возвратно-поступательного вместе с поршнем и вращательного вместе с коленчатым валом. В связи с этим массу шатуна разбивают на две части: m_шs = 0,3m_ш и m_шr = 0,7m_ш.

Таким образом, масса возвратно-поступательно движущихся частей, приведенная к центру крейцкопфного пальца, определятся по формуле (3.1.42) [6]:

(3.1.42)

1. Найдем массу поршня, используя средства КОМПАС-3D

2) Определим массу поршневых колец по формуле (3.1.44):

(3.1.44)

- объём материала;

- плотность чугунного сплава. 7800 кг/м³

Из таблице [6] определим основные размеры поршневых колец:

D=180 мм номинальный диаметр кольца, равный диаметру цилиндра; S=6,5 мм радиальная толщина кольца; С=5 мм высота кольца.

3)Найдём массу шатуна, воспользовавшись средствами КОМПАС-3D.

Тогда

4) Найдём массу штока, воспользовавшись средствами КОМПАС-3D.

5) По номинальной поршневой силе выбираем крейцкопф массой 42,6 кг [3].

6) Массу пальца крейцкопфа найдем по формуле (3.1.45):

(3.1.45)

- объём материала;

- плотность стали. =7700 кг/м³

Из таблицe [6] определим основные размеры пальца крейцкопфа:

B=225 мм; D=90 мм; d=80 мм.

Таким образом, масса крейцкопфа с крейцкопфным пальцем составит 45 кг.

7) Приведённая масса колена вала

Масса вращающихся частей составит:

Остальные величины, необходимые для расчета, составляют:

- угловая скорость вращения коленчатого вала где - частота вращения коленчатого вала. Тогда

- отношение радиуса кривошипа к длине шатуна где - радиус кривошипа; - длина шатун. Тогда

В рассматриваемой схеме необходимо уравновесить момент сил инерции I и II:

l=220мм, мм

Рис.3.2. Уравновешивание вращающихся масс.

Масса возвратно-поступательно движущихся частей составит:

3.2. Построение индикаторных диаграмм.

Схематизированные индикаторные диаграммы строятся в координатах усилие – ход поршня. Сначала на диаграммы наносятся средние усилия всасывания и нагнетания. Они рассчитываются по формулам (3.2.46) и (3.2.47) [6]:

(3.2.46)

(3.2.47)

где и - средние относительные потери давления.

Подставим значения:

Линию сжатия строят в соответствии с уравнением (3.2.48) политропы сжатия:

(3.2.48)

где - координаты точки соответствующей началу сжатия; - текущие координаты; - показатель политропы сжатия.

Линию расширения строят аналогично, пользуясь уравнением (3.2.49) политропы расширения:

(3.2.49)

где - координаты точки, соответствующей началу расширения; - текущие координаты; - показатель политропы расширения.

Кривые сжатия и расширения строятся до пересечения с линиями средних усилий нагнетания и всасывания соответственно.

Пусть , тогда при сжатии:

Другие точки рассчитываются аналогично. В связи с этим остальные расчеты представим в виде таблице 10 и таблице 11.

Таблица 10.

Расчет процессов сжатия и расширения для первой ступени

Произведенные расчеты относятся к полостям цилиндров, расположенным со стороны крышек. Поэтому, при построении индикаторных диаграмм, будем считать, что усилия, действующие на поршень со стороны коленчатого вала, равны усилиям со стороны крышки, но действуют в противоположном направлении.

Схематизированные индикаторные диаграммы полостей показаны на рис.3.3

Рис.3.3 Индикаторная диаграмма работы компрессора

Для проверки правильности построения индикаторных диаграмм определим графическим путем индикаторную мощность ступени и сравним ее с индикаторной мощностью, полученной в результате термогазодинамического расчета (формула 3.2.50) [6]:

(3.2.50)

где - среднеиндикаторная поршневая сила в ступени, которая находится с помощью планиметрирования индикаторных диаграмм полостей соответствующей ступени.

Учитывая, что в нашем случае индикаторные диаграммы обеих полостей в каждой ступени одинаковы, тогда определим по формуле (3.2.51) [6]:

(3.2.51)

где - масштабный коэффициент газовой силы - масштабный коэффициент перемещения поршня, - площадь индикаторной диаграммы соответствующей индикаторной диаграммы одной полости цилиндра,

После построения диаграмм подсчитаем их площади:

Тогда:

Индикаторная мощность в ряду:

При выполнение термодинамического расчета были получены следующие значения ,где

Результаты хорошо согласуются, следовательно, построение индикаторной диаграммы выполнено правильно.

3.3. Построение силовых диаграмм.

Выполним построение диаграмм поршневых сил. По оси ординат будем откладывать усилия вдоль оси ряда Р, а по оси абсцисс — угол поворота коленчатого вала . При перенесении усилий с индикаторных диаграмм на силовую диаграмму учтем поправку Брикса е, введение которой приводит в соответствие углы поворота коленчатого вала и перемещения поршня. На силовую диаграмму наносим также силу инерции возвратно-поступательно движущихся масс и силу трения в цилиндропоршневой группе.

Силу трения P_тр в рядах полагают постоянной по модулю и меняющую знак в мертвых точках. Для её расчета воспользуемся формулой (3.3.52) [6]:

(3.3.52)

где - индикаторная мощность в ряду, - механический коэффициент полезного действия компрессора ( ).

Подставим значения в формулу

Силы инерции рассчитаем по формуле (3.3.53) [6]:

(3.3.53)

Получим Другие точки рассчитываются аналогично. В связи с этим остальные расчеты представим в виде таблицы 12.

Таблица 12.

После нанесения на диаграмму всех сил, действующих в данном ряду компрессора, находим суммарную поршневую силу по формуле (3.3.54) [6]: