проектирование поршневого км

5. РАСЧЕТ ГАЗОВОГО ТРАКТА

Газовый тракт компрессора включает:

всасывающий патрубок;

проточную часть:

окна в цилиндре;

седло всасывающего клапана;

щель всасывающего клапана;

розетку всасывающего клапана;

седло нагнетательного клапана;

щель нагнетательного клапана;

розетку нагнетательного клапана;

нагнетательный патрубок.

Для современных компрессоров существуют рекомендуемые значения средней скорости

пара , м/с в проходных сечениях (таблица 13). При tо<–25 C значения рекомендуемых скоростей снижают на 5…15%.

Расчет газового тракта проводят из условия сплошности потока пара Fn cm ωi fi

где

Fп – площадь поршня, м2; cm – средняя скорость поршня, м/с; i – средняя скорость пара в рас-

сматри-ваемом сечении i, м/с; fi – живое сечение рассматриваемого элемента газового тракта, м2.

Последовательность расчета любого элемента газового тракта одинаковая.

Этап 1. По выбранному значению (таблица 13) в рассматриваемом сечении определяют площадь живого сечения f i . Живые сечения окон в гильзах, седел и розеток клапанов вы-

полняют в виде набора сверленых отверстий либо фрезерованных сложной формы. Форма отверстий выбирается индивидуально, исходя из условий технологичности конструкций.

Этап 2. Пользуясь справочным материалом для современных компрессоров (или прототипом) проводят конструкторскую разработку геометрии рассматриваемого сечения (определяют количество отверстий и их геометрическую форму и размеры).

5.2.2.Окна в гильзе непрямоточного компрессора

Суммарная площадь живого сечения в гильзе непрямоточного компрессора с периферийным всасывающим клапаном (рис.40) определяется как

f о.г Vh λ , м2.

ωо.г

При конструировании необходимо задаться шириной канала m, тогда средний диаметр пояса отверстий составит

При форме канала в виде фрезерованных отверстий с размером k и m (рис.40в) проходное сечение канала равно

в)

г)

Рис.40. Окна в гильзе непрямоточного компрессора:

а) разрез вдоль оси симметрии; б, в) сечения А-А; г) общий вид

5.3. Клапаны

По назначению клапаны делятся на всасывающие и нагнетательные. По принципу действия клапаны являются самодействующими, т.е. открытие и закрытие происходит под действием разности давлений (депрессии), сил инерции и упругих сил рабочих деталей самого клапана.

Клапанные группы располагаются:

в непрямоточных компрессорах – в верхней крышке цилиндра;

в прямоточных: нагнетательные – в верхней крышке цилиндра, всасывающие – в верхней части поршня.

По конструкции клапаны современных компрессоров являются пластинчатыми, т.е. запорным органом клапана является пластина. Клапаны разобщают (соединяют) полость цилиндра с соответствующей полостью компрессора. Название клапана и его конструктивные особенности определяются формой рабочей пластины.

Исходя из выбранной конструкции клапанов, используя схему клапана (рис.41-44) и характеристики рабочих пластин, определяют проходные сечения в элементах клапанов (таблица

14).

Высоту подъема клапана h (c точностью до 0,01 мм) в зависимости от частоты вращения вала n определяют по рис.45.

Рис.45. К определению высоты подъема клапанов

6. РАСЧЕТ УЗЛОВ И ДЕТАЛЕЙ НА ПРОЧНОСТЬ

При проектировании компрессора в центре внимания конструктора должны находиться экономические факторы: долговечность и эксплуатационная надежность.

Основные факторы, лимитирующие надежность компрессора:

поломки деталей;

износ трущихся поверхностей;

повреждение поверхностей в результате действия контактных напряжений, наклепа и коррозии;

пластические деформации деталей при повышенных температурах.

Достижение необходимой прочности в большинстве случаев не является непреодоли-

мым препятствием. При существующем в настоящее время ассортименте конструкционных материалов и обрабатывающих технологий в сочетании с высоким уровнем развития науки о прочности возможно создание деталей и узлов компрессора с практически неограниченной долговечностью.

Основные виды износа в компрессоре:

механический (при трении скольжения, трении качения и контактный);

коррозионный;

тепловой.

Главный способ повышения износостойкости при механическом износе – увеличение

твердости трущихся пар, уменьшение давления на поверхности трения, повышение качества поверхности и правильная смазка.

Для ликвидации коррозии, вызываемой воздействием рабочего вещества, следует применять коррозионно-стойкие материалы или покрытия.

Тепловой износ деталей можно уменьшить за счет правильного охлаждения детали и обеспечения в парах трения жидкостной системы смазки, путем подачи масла под давлением ко всем подвижным соединениям.

Надежность компрессора, в первую очередь, определяется прочностью и жесткостью его деталей. Рациональными способами повышения прочности без увеличения массы деталей являются:

применение выгодных профилей и форм;

максимальное использование прочности материала;

равномерная нагрузка на элементы конструкции; Способы повышения жесткости:

правильный выбор схемы нагружения;

рациональная расстановка коренных подшипников и опор;

использование жестких конструкционных форм.

6.1. Теоретические основы расчета

Расчет узлов и деталей компрессора на прочность носит поверочный характер. Определяются величины напряжений, удельных давлений и запасы прочности в элементах проектируемого компрессора и производятся сравнения с допустимыми значениями.

Условия прочности в этом случае представляются в виде

σ раб σ , q раб q , n раб n .

гдераб и [ ] –рабочее и допустимое напряжение в расчетном сечении соответственно, Па;

qраб и [q] – рабочее и допустимое удельное давление соответственно, Па;

nраб и [n] – рабочий и рекомендуемый запас прочности соответственно.

Расчет компрессора на прочность ведут по заранее заданным расчетным режимам, достаточно тяжелым, чтобы обеспечить нормальную работу компрессора для любого потребителя.

Для расчета различных узлов и деталей поршневых компрессоров применяются три вида расчетных режимов.

Первый расчетный режим, при котором наблюдается наибольшее усилие на поршень, применяется для расчета на прочность механизма движения и других деталей. Наибольшее усилие на поршень и механизм движения наблюдается вблизи верхней мертвой точки при давлении нагнетания в цилиндре.

В компрессорах любого типа расчетное давление принимается равным (рК–рО), МПа, а расчетное усилие Р=Fп(рК–рО), Н.

Для проектируемого компрессора в заданном температурном режиме tO, tK, значение (рК–рО) определяют из теплового расчета.

Второй расчетный режим – это режим максимальной мощности (Ne=max). По нему подбирают электродвигатель компрессора.

По третьему расчетному режиму рассчитывают литые детали. Такие детали при изготовлении, но до окончания механической обработки, испытывают пробным гидравлическим давлением на прочность. Расчетные давления для различных рабочих веществ стандартизированы (таблица 22). При использовании новых рабочих веществ (не предусмотренных стандартизацией) значения пробных гидравлических давлений ргидр должны в 1,5 раза превышать соответствующие рабочие.

6.2. Расчет на прочность неподвижных деталей

Литые корпусные детали испытывают на прочность пробным гидравлическим давлением (таблица 15). Расчет на прочность гильз, блоккартеров, крышек цилиндров и т.д. производят, исходя из величины пробных гидравлических давлений, характерных для соответствующих полостей компрессора.