Уравновешивание сил инерции в оппозиционном поршневом компрессоре (4 видео)

Как уже отмечалось в тепловом расчёте, компрессор имеет следующую схему (рис. 3.1):

Рис. 3.1. Схема двухступенчатого оппозитного компрессора

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

Массу колена вала, совершающую вращательное движение, приводят к пальцу кривошипа. Таким образом, масса возвратно-поступательно движущихся частей, приведенная к центру крейцкопфного пальца, для каждого ряда будет определяться следующим образом:

По выполненным чертежам компрессора находим массы, кг (табл. 3.1):

№ п/п	Наименование	Масса, кг
Поршень m_п	37,44
Шток m_шт	28,31
Крейцкопф с крейцкопфным пальцем m_кр
Шатун m_ш
Колено вала m_к

Остальные величины, необходимые для расчета, составляют:

– угловая скорость вращения коленчатого вала ω = 2πn₀ , где n₀ – частота вращения коленчатого вала. Тогда

– отношение радиуса кривошипа к длине шатуна , где r_кр – радиус кривошипа; l_ш – длина шатуна: l_ш = 0,730 м. Тогда

– приведённые массы составят: m_s = 37,44 + 28,31 + 158 + 7,2 = 230,95 кг; m_r = 55 + 16,8 = 71,8 кг.

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

Видео:Компрессор поршневой Механизм движения.aviСкачать

где r_кр – радиус установки противовеса. Конструктивно примем r_пр = r_кр.

Выразим отсюда m_пр: .

Подставим значения: кг.

Раздел 2. Динамический расчет поршневого компрессора.

Уравновешивание компрессора.

Рис.2.1. Схема двухступенчатого V-образного 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_ш_s = 0,3m_шиm_ш_r = 0,7m_ш.

Читайте также: Устройство клапана управления компрессором кондиционера

2) Массу шатуна берем из данных прототипа

3) Массу Коленчатого вала

Видео:Силы инерции второго порядкаСкачать

Таким образом, масса возвратно-поступательно движущихся частей будет определяться по формуле:

Масса вращающихся частей составит:

Остальные величины, необходимые для расчета, составляют:

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

радиус кривошипа, м, где S = 0,07 м – ход поршня;

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

Уравновешивание

Неуравновешенные вращающиеся массы коленчатого вала и части шатунов создают неуравновешенные силы инерции I_r, кН .

I_y =m_y r ω 2 , I_r =10 3 ·(11,86) 0,035 104,66 2 =4546 кН

Силу I_y уравновесим двумя противовесами, закрепленными на щеках коленчатого вала

Видео:Устройство и принцип работы винтового компрессораСкачать

Уравновешивание поступательно движущихся масс

Масса возвратно-поступательно движущихся частей составит:

Где — масса крейцкопфа

При равенстве масс суммарная сила инерции равна нулю Σ I_s = 0.

Построение индикаторных диаграмм

Схематизированные индикаторные диаграммы строятся в координатах усилие – ход поршня. Сначала на индикаторные диаграммы наносятся средние усилия всасывания и нагнетания (Р_Гвс и Р_Гн). Они рассчитываются по формулам.

где _1i и _2i – средние относительные потери давления.

Подставим значения: 6,34 кН

Линию сжатия строим в соответствии с уравнением политропы сжатия:

где Р_Г1, S₁ – координаты точки соответствующей началу сжатия; Р_Гi, S_i – текущие координаты; n_ci – показатель политропы сжатия.

Видео:Увеличение производительности воздушного компрессора своими руками .Скачать

Линию расширения строят аналогично, пользуясь уравнением политропы расширения:

где Р_Г3, S₃ – координаты точки соответствующей началу расширения; Р_Гj, S_j – текущие координаты; n_рi – показатель политропы расширения.

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

Пусть S₁ = 32 мм, тогда при сжатии:

Читайте также: Кондиционер с компрессором или без

Расчеты представим в виде таблиц результатов

Расчет процессов сжатия и расширения 1 ступени

Расчет процессов сжатия и расширения 2 ступени

Для проверки правильности построения индикаторных диаграмм определим графическим путем индикаторную мощность ступеней и сравним ее с индикаторной мощностью, полученной в результате термодинамического расчета:

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

Видео:Как повысить производительность компрессора на 25 How to increase compressor performanceСкачать

Учитывая что в нашем случае индикаторные диаграммы обеих полостей одинаковы, получим:

где m_p = – масштабный коэффициент поршневой силы кН/мм, m_s = 2 – масштабный коэффициент перемещения поршня, f_i – площадь соответствующей индикаторной диаграммы одной полости цилиндра, мм 2 .

После построения диаграмм подсчитаем их площади: f₁ = 4799 мм 2 ,

Индикаторная мощность по ступеням будет иметь следующие величины:

При выполнении термодинамического расчета были получены следующие значения:

Погрешность составляет около 8 %. Результаты хорошо согласуются, следовательно, построение индикаторных диаграмм выполнено правильно.

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 [6]:

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

Видео:Воздушный компрессор высокого давления. Стабилизированная версия с улучшенным качеством изображения.Скачать