4.1.3. Силы и моменты, действующие в одноцилиндровом компрессоре

На рис.19 изображена кинематическая схема одноцилиндрового компрессора с приложенными силами.

Давление пара действует одновременно на поршень и крышку компрессора, создавая равные по величине, но противоположные по направлению силы Рг.

Сила Р_Г, действующая на крышку цилиндра, прижимает компрессор к фундаменту либо отрывает его.

К поршневому пальцу кроме силы Р_Г приложена сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс I_s и сила трения Р_тр.пс

Алгебраическая сумма этих сил является результирующей и называется свободным

усилием

Раскладывая силу Р_св на две составляющие:

• вдоль оси шатуна Р_ш;

• перпендикулярно к оси цилиндра N,

получаем

Сила Р_ш, действуя на кривошип, создает момент М_кр=P_шh, который может быть заменен моментом М_кр пары силы Р_ш и приведенной силы Р_ш, приложенной к коренным подшипникам

Рис. 19. Схема действия сил и моментов в одноцилиндровом компрессоре:

а) полный механизм;

б) фрагмент механизма

Момент компрессора противодействует вращению вала и равен

Момент M_кр равен алгебраической сумме моментов

где

М_дв - момент двигателя, приложенный к валу компрессора; I - момент инерции вращающихся масс; ε - угловое ускорение вала; Iε - момент касательных сил инерции вращающихся масс (маховика).

Силу Р_ш, приложенную к подшипникам вала, можно разложить на две силы: действующую вдоль оси цилиндра и перпендикулярно к ней

Таким образом на корпус компрессора действуют две противоположные силы: Р_Г действует на крышку компрессора, Р_св - на подшипники. Результирующая этих сил равна

В одноцилиндровом компрессоре сила I_S не уравновешивается и действует через опоры на фундамент. Кроме нее на фундамент передается сила I_R, которая воспринимается подшипниками вала.

Силы N на плече А создают опрокидывающий момент, действующий на фундамент, равный моменту М_кр. Двигатель создает крутящий момент М_дв, а на его корпус действует обратный опрокидывающий момент - М_дв, который передается на фундамент.

Фундамент, общий для компрессора и двигателя, воспринимает реактивный момент

обратный моменту маховика. Силы от давления пара на фундамент не передаются.

4.2. Определение масс движущихся частей

Масса любого элемента рассчитывается как

где

V - объем элемента, определяется по размерам из чертежа, м³ ; ρ - плотность материала, из

которого изготовлен элемент, кг/м³.

4.2.1. Определение масс, движущихся возвратно-поступательно

Возвратно-поступательное движение совершают: поршень, поршневой палец, кольца, всасывающие клапаны (установленные на поршне прямоточного компрессора). Шатун совершает сложное движение, поэтому его масса условно разделяется на две части:

• одна сосредоточена в центре верхней головки шатуна (в центре поршневого пальца), поэтому в расчете принимает участие только 1/3 т_ш.

• другая - в центре нижней головки шатуна (центре шатунной шейки вала), 2/3 т_ш.

Массу т_S считают сосредоточенной в центре поршневого пальца

здесь

т_n - масса поршня; т_пп - масса поршневого пальца; т_п.к - масса поршневых колец; т_ш – масса шатуна; m_вс.кл - масса всасывающего клапана (только для прямоточных компрессоров).

Масса поршня

В современных компрессорах поршни изготавливают из алюминиевых сплавов (ρ=2770 кг/м³), в малых герметичных компрессорах - из стали (ρ=7800 кг/м³)

Поршни любых компрессоров выполняют полыми, поэтому практикой установлено, что масса поршня составляет примерно 1/3 от массы цилиндра (рис.5.-7).

Масса поршневого пальца

Поршневой палец (рис. 10) всегда изготавливается из стали

в случае, если палец выполняется сплошным, то d _п^вн=0.

Масса колец

Кольца (рис.9) изготавливают из чугуна или различных сплавов на основе чугуна, поэтому принимаем ρ=7800 кг/м³

где

n_к - общее число колец на поршне (уплотнительных и маслосъемных).

Масса всасывающего клапана (для прямоточного компрессора) - рис.6, Седло и розетку всасывающего клапана, независимо от материала поршня, всегда изготавливают из стали (ρ=7800 кг/м³).

Коэффициент 0,8 указывает на наличие проходных отверстий в седле и розетке всасывающего клапана.

Масса шатуна

Шатуны могут изготавливаться из стали (ρ=7800 кг/м³), алюминия (ρ=2700 кг/м³) или бронзы (ρ=8500 кг/м³) (в герметичных компрессорах).

Шатун условно разбивают на части, представляя их в виде простых геометрических фигур (рис.11,20):

• верхняя головка шатуна - полый цилиндр;

• стержень - балка с постоянным сечением, равным среднему (сечение С-С);

• нижняя головка шатуна

•• при прямом разъеме - параллелепипед без цилиндра (рис.6.8а), при косом разъеме -полый цилиндр (рис.20б)

где

т_{в.г. ш} - масса верхней головки шатуна

т_ст - масса стержня (Таблица 11)

т_н.г.ш - масса нижней головки шатуна

• при прямом разъеме (рис.20,а)

• при косом разъеме (рис.20,б)

Рис.20. К определению массы шатуна:

а) прямой разъем нижней головки;

б) косой разъем нижней головки