4. Динамический расчет

4.1. Теоретические основы

Динамический расчет проводится с целью определения сил и моментов, действующих в компрессоре. Результаты динамического расчета используются для:

• определения необходимого махового момента маховика;

• расчета противовесов;

• определения неуравновешенных сил и моментов, действующих на фундамент;

• расчета деталей на прочность, подшипников на износ;

• проектирования системы смазки.

На механизм работающего компрессора действуют:

• силы давления пара в цилиндре (Р_r);

• силы инерции масс, движущихся возвратно-поступательно (I_s);

• силы инерции неуравновешенных вращающихся масс (I_R);

• силы трения (Р_тр.пс. T_тр/dh);

• крутящий момент (М_кр).

При динамическом расчете решаются три задачи конструирования:

Задача 1.

Прочностной расчет компрессора базируется на данных, получаемых при динамическом расчете. Правильное определение действующих сил - залог надежной и долговечной работы механизма компрессора.

Компрессор установлен на опорах (лапах), которые испытывают действие:

• гравитационной силы;

• неуравновешенной части сил и моментов сил инерции всех движущихся масс;

• момента сопротивления компрессора, т.е. опрокидывающего момента по направлению вращения вала;

• силы натяжения ремней при клиноременной передаче.

Для крупных компрессоров на основании данных динамического анализа рассчитывают фундамент, для средних и малых компрессоров - раму, для малых герметичных -дополнительно пружинную подвеску, которая должна гасить вибрацию в механизме.

Задача 2.

При изменяющемся значении момента сопротивления компрессора, связанном с процессом сжатия в цилиндре, возникает неравномерность вращения вала. Для обеспечения эксплуатационной надежности компрессора необходимо обеспечить допустимую степень неравномерности вращения вала, снабдив компрессор маховиком.

Правильный расчет минимального значения махового момента маховика, его массы, исходя из условий прочности вала и размеров самого компрессора - залог долговечности и надежности компрессора.

Задача 3.

Неуравновешенные силы н моменты в компрессоре переменны по величине и знаку и вызывают вибрацию в механизме, которая резко снижает надежность я долговечность компрессора. Правильный расчет уравновешивания механизма способствует сведению будущей вибрации к минимуму.

4.1.1. Основные понятия кинематики кривошипно-шатунного механизма

Рассмотрим кинематическую схему кривошипно-шатунного механизме на рис, 13.

Угловая частота вращения вала

ω=2 πп ,рад/с

Отношение радиуса кривошипа R к длине шатуна L

k=R/l

Угол отклонения шатуна β от оси цилиндра определяется из соотношения

sinβ=λ sinα,

где

α - угол поворота кривошипа от верхней мертвой точки.

При α=90" угол β достигает наибольшего значения, тогда

Рис.13. Кинематическая схема кривошипно-шатунного механизма

sinβ=λ

Если обозначить S_a путь, пройденный поршнем от верхней мертвой точки в зависимости от угла поворота кривошипа α, то приближенно его можно определить как

Скорость поршня

Ускорение поршня приближенно будет равно