Введение 6
1. Современное состояние винтового компрессоростроения
1.1. Обзор существующих типов винтовых комрессоров 11
1.2. Перспективы применения и развитие винтовых компрессоров
в промышленности 24
2. Анализ основных процессов и особенностей построения рабочих органов винтового однороторного компрессора. Теоретическая объёмная производительность 34
2.1. Оценка влияния различных факторов на эффективность работы ВКО 42
2.2. Влияние основных параметров зуба отсекателя на теоретическую объёмную производительность 49
3. Оптимизация толщины зуба отсекателя из условия прочности и жёсткости, с учётом минимизации протечек рабочей среды 54
3.1. Определение расчётной схемы. Алгоритм расчёта из условия прочности и жёсткости 54
3.2. Расчёт протечек рабочей среды 63
Результаты исследований 74
Литература 76
Актуальность работы. На сегодняшний день широкое применение получили винтовые компрессоры среди компрессоров объёмного сжатия. Все винтовые компрессоры можно разделить по конструкции на:
• Однороторные;
• Двухроторные;
• Многороторные.
Многороторные в силу своих конструктивных особенностей не получили широкое распространение.
Двухроторные занимают на рынке основное место в процентном соотношении с однороторными компрессорами. Но и однороторные компрессоры широко используются в промышленности: в холодильной технике и кондиционировании, также в нефтегазовой отрасли, выпускаются как и в зарубежных, так и в российских фирмах. В XIX веке шведский инженер А.Лисхольмом 1935 году получил первый патент на промышленный образец, где описывался принцип работы винтов, которые сжимают рабочую среду. Эффективность работы такой машины была оценена немцами в годы второй мировой войны, ими было освоено производство для использования компрессоров на подводных лодках. В России в 60-х годах прошлого века начали изготавливать и разрабатывать машины объёмного сжатия. Значительный вклад в развитие компрессостроения внес И.А. Сакун, по сегодняшний день труды профессора И.А. Сакуна актуальны и используются в производстве.
Основные достоинства винтовых компрессоров:
• Увеличение ресурса работы компрессоров с помощью минимизации
узлов трения;
• Плавная регулировка производительности в широком диапазоне из-за
особенной конструкции ВК;
• Отсутствие инерционных нагрузок в рабочих органах и динамическая уравновешенность;
• Скорость процессов охлаждения компримируемой среды возрастает при
подаче жидкой фазы в рабочие полости компрессора.
Основные недоставки винтовых компрессоров:
• Увеличение массы габаритных характеристик и силовых нагрузок на узлы подшипников является следствием возрастания производительности и давления рабочей среды;
• Энергетические показатели машины и параметры компримируемой рабочей среды оказывают существенное влияние на расчётную окружную скорость;
• Негативное воздействие на эффективность работы машины оказывает пульсирующий процесс нагнетания рабочей среды.
Для дальнейшего положительного развития винтовых компрессоров нужные новые технологические и конструктивные предложения и решения.
Регулирование производительности, совершенствование профилей рабочих органов ВК, разгрузочные устройства для уменьшения осевых и радиальных сил в подшипниках являются перспективными и актуальными направлениями в развитии компрессостроения.
Цель и задачи работы
На сегодняшний день актуальной задачей является повышение эффективности и надежности работы винтовых компрессоров. Одной из существующих проблем считается проблема совершенствования рабочих органов винтового компрессора.
Для достижения настоящей цели была поставлена и решена задача оптимизации толщины зуба исходя из условий прочности и жесткости и минимизации протечек рабочей среды.
Теоретическая и практическая значимость работы
Предложенные в работе алгоритмы расчетов могут быть внедрены при проектировании винтового компрессора с новым профилем зуба.
В данной магистерской работе была обоснована актуальность рассмотренной темы. Выполнен аналитический обзор научно-технической и патентной литературы областей применения компрессорных машин и установок. На основании анализа винтового однороторного компрессора, выбранного в качестве объекта исследования, разработан алгоритм расчёта толщины зуба исходя из условий прочности и жесткости и минимизации протечек рабочей среды для решения проблемы оптимизации зазоров между ними.
На основании данных расчёта были получены зависимости толщины зуба отсекателя и максимального прогиба от перепада рабочего давления ДР, деформации зуба отсекателя и расхода протечек компримируемой среды от его толщины (Рис. 13-16, 21).
Дальнейшие пути развития машины состоят в использования уже имеющихся резервов:
• уменьшения стоимости изготовления за счёт модернизации технологий изготовления рабочих органов;
• упрощение конструкции ВКО и совершенствования технологии изготовления и сборки элементов конструкции машины;
• решение оптимизационной задачи по выбору параметров рабочих органов винтового однороторного компрессора;
• применения новых материалов, обладающих хорошими
антифрикционными свойствами в зубчатых отсекателях ВКО.
Анализ и способы решения данных вопросов приведёт на новый уровень с точки зрения, перспективы исследования производства винтового однороторного компрессора. Все вышеизложенное подтверждает перспективность развития винтового однороторного компрессора с окружной формой зуба.
В результате проведенного комплекса теоретических исследований разработана методика расчета и проектирования оптимальных (с точки зрения геометрии и уменьшения протечек) размеров рабочих органов ВКО с окружным профилем зуба отсекателя, а также рассмотрены протечки компримируемой среды через щели в рабочей части машины. Все полученные результаты справедливы для ВКО.
Выполненные исследования позволили получить целый ряд конкретных рекомендаций для расчета и проектирования рабочих органов винтовых однороторных компрессоров, а также упростить технологию изготовления и удешевить с дальнейшим применения новых неметаллических материалов, обладающих хорошими антифрикционными свойствами
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
