Динамический расчет компрессора.

Целью динамического расчета компрессора является определение необходимого махового момента (маховика), подбор и конструирование противовесов для уравновешивания компрессора.

Динамический расчет выполняется для режима наибольшей мощности, потребляемой компрессором.

Схема кривошипно-шатунного механизма и силы, действующие на его элементы представлены на рисунке 4.

4.1.7.1. Построение расчетной индикаторной диаграммы.

4.1.7.1.1. Потери давления на всасывании и на­гнетании.

В расчете принимаем

4.1.7.1.3. Давление пара на поршень со стороны нагнетания.

4.1.7.1.3. Давление пара на поршень со стороны нагнетания.

4.1.7.1.4.Построение политропы сжатия.

Величина мертвого объема:

Выражение для хода поршня в зависимости от принятого давления политропы

где:

Величина хода поршня в конце процесса сжатия

Давление пара на поршень в т.А

n- показатель политропы сжатия.Для фреоновых компрессоров n=1, 05..1, 1.В расчете принимаем n=1, 07.

Величина хода поршня в конце процесса сжатия

Принимая значения Р в интервале между Рвс и Рн, и подставляя их в уравнение для , находим значения величин хода поршня в промежу­точных точках политропы сжатия. Параметры точек приведены в таблице 2.

№точек	P ·	S, мм
А	3, 8	57, 2
1n		44, 26
2n	6, 63
3n	9, 18	25, 08
4n	11, 73	19, 95
5n	14, 28	16, 59
6n	16, 9	14, 18
7n		13, 37
B	19, 27	12, 54

4.1.7.1.5. Построение политропы обратного расширения.

Уравнение для построения политропы обратного расширения имеет вид:

m- показатель политропы сжатия.Для фреоновых компрессоров m=1, 0..1, 5.В расчете принимаем m=1, 05

За исходную точку примем тС, координата которой

По оси абсцисс

По оси ординат

Ход поршня в процессе обратного расширения

Принимая значения Р в интервале между Рвс и Рн, и подставляя их в уравнение для , находим значения величин хода поршня в промежу­точных точках политропы обратного расширения

. Параметры точек приведены в таблице

3.Индикаторная диаграмма представлена на рисунке 5.

№точек	P ·	S, мм
C	19, 27	2, 2
1m		2, 48
2m		3, 45
3m		4, 54
4m		6, 68
5m		7, 95
D	2, 22	9, 34

4.1.7.2.Расчет противовесов и определения сил инерции.

Массы деталей кривошипно-шатунного механизма могут быт определены по массе деталей комроессора, принятого за прототип, по выражению

В качестве прототипа выбираем компрессор ПБ40, у которого масса поршневой группы =0, 589 кг, масса шатуна =1, 2кг, площадь поршня =0, 00453

4.1.7.2.1. Масса поршневой группы проектируемого компрессора

4.1.7.2.2. Масса шатуна в сборе

4.1.7.2.3. Угловая скорость вращения коленчатого вала

4.1.7.2.4.Сила инерции поступательно движущихся частей

масса поступательно движущихся частей.

сила инерции первого порядка,

сила инерции второго порядка.

r-радиус кривошипа

-угол поворота кривошипа(0-360),

λ -отношение радтуса кривошипа к длине шатуна.

В расчете принимаем

4.1.7.2.5.Сила инерции вращающихся частей.

Сила тнерции от вращающейся части шатуна.

где масса вращающейся части шатуна

Сила инерции от массы части шатуунной шейки, приходящейся на один шатун:

где

диаметр шатунной шейки

длина шатунной шейки, приходящейся на один шатун.

Где

допусаемое давление шатуна на вал.

- плотность материала коленчатого вала

Рис.5 Индикаторная диаграмма.

4.1.7.3.Определение сил трения.

Мощность трения расходуется на преодоление сил трения в трущихся парах. При этом на возвратно-поступательное движение расходуется (0, 6-0, 7) , а на трение аращающихся частей (0, 3-0, 4) .

4. 1.7.3. 1.Сила трения поступательно движущихся частей, приходящаяся на один цилиндр.

Сила трения направлена против движения поршня и меняет свой знак в мертвых точках. Силу трения поступательно движущихся частей условно принимаем постоянной:

4. 1.7.3.2.Сила трения вращающихся частей, приходящаяся на один цилиндр.

4. 1.7.4.Построение диаграммы суммарной силы

Суммарная сила, действующая в направлении оси цилиндра

сила от давления тна поршень.

Под индикаторной диаграммой вычерчиваем полуокружность с диаметром

D=2*S

От центра О откладываем вправо отрезок ОО 1(поправка Брикса), равный

=22, 5*0, 175/2=1, 97 мм

Из полученного центра произвольным радиусом строим вспомогательную полуокружность, которую делим на 12 равных частей (через

15о). Проводим лучи из цент до пересечения с окружностью с центром О и отмечаем точки 1, 2, 3,..., 24. Проектируем полученные точки пересечения на индикаторную диаграмму.

Усилие от давления пара берем из индикаторной диаграммы как разность давления с обеих сторон поршня в соответствующей точке (, считая, что давление в картере равно Ро. получается путем

графического сложения сил . значения . приведены в табл. 4, диаграмма суммарной силы изображена на рис. 6

1.1.75. Построение диаграммы тангенциальных сил.

Тангенциальная сила, действующая на кривошип

T’=

Направление Т’ принято положительным, когда она действует против вращения вала компрессора.

Угол отклонения шатуна и угол поворота кривошипа связан равенством

Значения тангенциальных сил Т' приведены в таблице4. Тангенцильную диаграмму следует строить в тех же масштабах, что и диаграмму суммарной силы (рис. 7).

На оси абсцисс откладываем углы поворота кривошипа , а на оси ординат — тангенциальные силы. Соединяя точки, определяющие значения Т', получаем кривую тангенциальных сил для одного цилиндра.

Суммарная кривая тангенциальных сил компрессора определяется сложением ординат кривых тангенциальных сил всех цилиндров.

Для этого, кривую Т' для первого цилиндра сдвигаем вправо на угол разворота шеек вала, равный 20°, и строим диаграмму для второго цилиндра. Таким образом строим диаграммы для шести цилиндров (рис.8).

4.1.7.6.Определение маховых масс и конструирование маховика.

4.1.7.6.1.Среднее значение тангенциальных сил за лдин оборот вала.

f-10080 площадь, ограниченная кривой и осью абсцисс на диаграмме суммарных тангенциальных сил;

l=120мм-длина диаграммы;

масштаб сил;

Проводим линию на на диаграмме суммарных тангенциальных сил и определяем избыточную площадь

4.1.7.6.2.Максимальная избыточная работа

L= , где

площадь наибольшей избыточной площадки на Суммарная диаграмме тангенциальных сил;

масштаб длин;

= 120/(2*3, 14*0, 0225)=849 мм/м

L=92/(839*0, 1)=1, 08 Дж.

Величина L выражает избыточную массу двигателя, накапливаемую маховиком.

4.1.7.6.3.Необходимый момент инерции маховика.

где

допускаемая степень неравномерности вращения компрессора

В расчете принимаем тогда

В принятой конструкци момент инерции

0, 284 , тогда степень неравномерности вращения вала

=1, 08 / (0, 0016* 0, 028

4.1.7.7. Расчет противовесов.

Силы инерции передаются через опоры коленчатого вала на корпус компрессора, вызывая его вибрацию и создавая переменные нагрузки на фундаментальные болты. Уравновешивание сил инерции заключается в искусственном создании в компрессоре других сил инерции, противоположных имеющийся. Для этой цели применяют противовесы.

При выбранной схеме коленчатого вала с расположением колен под углом сумма инерционных сил первого порядка равна нулю. Силы инерции неуравновешенных вращающихся масс взаимно уравновешены.Момент от сил инерции первого порядка уравновешивается противовесами. Силы инерции второго порядка не уравновешиваются.

4.1.7.7.2.Уравновешивание момента от центробежных сил.

Для уравновешивания центробежных сил должно быть соблюдено равенство:

I=1-число шатунов на шатунной шейке;

кг –масса неуравновешенной части крайней шейки;

-масса боковой шейки;

Из этого выражения:

4.1.7.7.4.Масса противовеса.

=0, 02м – радиус инерции противовеса.

кг.

5.Расчет на прочность поршневого пальца.

Материал пальца-сталь 45.Палец является свободно плавающим и испытывает деформацию изгиба и среза от силы, действуюшей перпендикулярно оси пальца.

5.2.4.1.Максимально изгибающий момент.

Где

- ширина верхней головки шатуна.

- наибольшая нагрузка на палец.

5.2.4.2.Момент сопротивления сечения изгибу полого пальца.

5.2.4.3.Максимальное напряжение изгиба, возникающее в среднем сечении пальца.

При условии, что

5.2.4.4.Максимальное напряжение среза, действующее в сечении между бобышкой поршня и головкой шатуна.

поперечное сечение пальца в месте среза.

Допускается [ ]=100Мпа.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЙ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ (МАМИ)»

КАФЕДРА «ТЕХНИКА НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР ИМЕНИ П.Л.КВПИЦЫ».

Курсовой проект по предмету:

«Низкотемпературные машины.»

Выполнил студент группы Т-42

Ишарина Ю.З.

Преподаватель: Белуков С.В.

МОСКВА