ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ ГАЗА В УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ УЗЛАХ СТУПЕНИ ПОРШНЕВОГО КОМПРЕССОРА
|
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 11
ВВЕДЕНИЕ 14
1 ОПИСАНИЕ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ 16
1.1 КЛАССИФИКАЦИЯ КОМПРЕССОРОВ. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ 16
1.2 СТУПЕНЬ ПОРШНЕВОГО КОМПРЕССОРА. КЛАССИФИКАЦИЯ
ПОРШНЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ. ОБЗОР КОНСТРУКЦИИ 18
1.3 УПЛОТНЕНИЯ ПОРШНЯ КОМПРЕССОРА 22
2 КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ 27
2.1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ 27
2.2 ВЫБОР НОРМАЛИЗОВАННОЙ БАЗЫ КОМПРЕССОРА И СХЕМЫ
КОМПРЕССОРА 27
2.2.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТИПА БАЗЫ 27
2.2.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА РЯДОВ БАЗЫ 28
2.2.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА СТУПЕНЕЙ СЖАТИЯ 29
2.2.4 КОРРЕКТИРОВКА НОМИНАЛЬНЫХ ОТНОШЕНИЙ ДАВЛЕНИЙ ПО
СТУПЕНЯМ 30
2.2.5 ОБОСНОВАНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ КОМПРЕССОРА 31
2.2.6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОМИНАЛЬНОГО УСИЛИЯ БАЗЫ 32
2.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДАВЛЕНИЙ, ТЕМПЕРАТУР И ПЛОТНОСТЕЙ ГАЗА 33
2.3.1 РАСЧЕТ НОМИНАЛЬНЫХ ДАВЛЕНИЙ ВСАСЫВАНИЯ И
НАГНЕТАНИЯ 33
2.3.2 РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУР ВСАСЫВАНИЯ И ПЛОТНОСТЕЙ ГАЗА НА
ВХОДЕ В СТУПЕНЬ 33
2.4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССОВОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ КОМПРЕССОРА
ЗА ЦИКЛ 34
2.5 КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ КОМПРЕССОРА 34
2.5.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ОТНОСИТЕЛЬНЫХ
МЕРТВЫХ ПРОСТРАНСТВ ПО СТУПЕНЯМ 34
2.5.2 РАСЧЕТ ОБЪЕМНОГО КОЭФФИЦИЕНТА 35
2.5.3 РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТА ПОДОГРЕВА 36
2.5.4 ВЫБОР КОЭФФИЦИЕНТА ДАВЛЕНИЯ 37
2.5.5 ОЦЕНКА СТАТИЧЕСКОЙ НЕГЕРМЕТИЧНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ
СТУПЕНИ 37
2.5.6 ОЦЕНКА ДИНАМИЧЕСКОЙ НЕГЕРМЕТИЧНОСТИ СТУПЕНИ 38
2.5.7 ОЦЕНКА ВНЕШНИХ ОТНОСИТЕЛЬНЫХ УТЕЧЕК ГАЗА 39
2.5.8 ЗАДАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ВЛАЖНОСТИ 39
2.5.9 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОДАЧИ 40
2.5.10 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УТОЧНЕННЫХ ТЕМПЕРАТУР ТНГ (К)
НАГНЕТАЕМОГО ГАЗА ПО СТУПЕНЯМ 40
2.5.11 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОЧИХ ОБЪЕМОВ ЦИЛИНДРОВ 41
2.5.12 ОПРЕДЕЛЕНИЕ АКТИВНОЙ ПЛОЩАДИ ПОРШНЕЙ 41
2.5.13 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАМЕТРОВ РАБОЧИХ ЦИЛИНДРОВ 42
2.6 РАСЧЕТ ПОТРЕБЛЯЕМОЙ МОЩНОСТИ И ПОКАЗАТЕЛЯ
ЭФФЕКТИВНОСТИ КОМПРЕССОРА 43
2.7 ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ САМОДЕЙСТВУЮЩИХ КЛАПАНОВ.44
2.7.1 ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ПОТЕРИ МОШНОСТИ В КЛАПАНАХ 44
2.7.2 УСЛОВНАЯ СКОРОСТЬ ГАЗА В КЛАПАНАХ 45
2.7.3 ЭКВИВАЛЕНТНОЕ ПРОХОДНОЕ СЕЧЕНИЕ КЛАПАНОВ 46
2.8 ПОДБОР ДВИГАТЕЛЯ 47
2.9 ПОДБОР ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ 48
3 ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ 49
3.1 МЕТОДИКА ПОДБОРА ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ 49
3.2 ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ О ТЕЧЕНИИ ГАЗА В
ПОРШНЕВОМ УПЛОТНЕНИИ 56
3.2.1 СХЕМА ТЕЧЕНИЯ ГАЗА ЧЕРЕЗ ПОРШНЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ 56
3.2.2 ЗАДАЧА О ТЕЧЕНИИ ГАЗА В УЗКОЙ ОСЕВОЙ КОЛЬЦЕВОЙ ЩЕЛИ, РАСПОЛОЖЕННОЙ МЕЖДУ СООСНЫМИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ 57
3.2.3 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА В
УПЛОТНЕНИИ ПОРШНЯ КОЛЬЦАМИ 59
3.3 ДЕЙСТВИЕ ГАЗОВЫХ СИЛ НА ПОРШНЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ 61
3.3.1 РАСЧЕТНАЯ СХЕМА ДЕЙСТВИЯ ГАЗОВЫХ СИЛ НА ПОРШНЕВОЕ
КОЛЬЦО. ДЕФОРМАЦИЯ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПОРШНЕВОГО КОЛЬЦА ПОД ДЕЙСТВИЕМ ГАЗОВЫХ СИЛ 61
3.3.2 ИЗМЕНЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ ПРОГИБА ПО ВЫСОТЕ ПОРШНЕВОГО
КОЛЬЦА (НЕПОСТОЯНСТВО УСЛОВНОГО ЗАЗОРА В ПАРЕ «ПОРШНЕВОЕ КОЛЬЦО-ЗЕРКАЛО ЦИЛИНДРА») 64
3.3.3 АНАЛИЗ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПЕРЕПАДОВ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА Др НА
ПОРШНЕВЫХ КОЛЬЦАХ 66
3.4 РАСЧЕТ СИЛ И РАБОТЫ ТРЕНИЯ В ПОРШНЕВОМ УПЛОТНЕНИИ 70
3.5 ВЛИЯНИЕ ПОДВИЖНОСТИ СТЕНКИ ЩЕЛИ НА ТЕЧЕНИЕ ГАЗА В
РАДИАЛЬНОМ ЗАЗОРЕ "ПОРШНЕВОЕ КОЛЬЦО - ЗЕРКАЛО ЦИЛИНДРА" КОМПРЕССОРА 77
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 88
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 91
ПРИЛОЖЕНИЕ 97
ВВЕДЕНИЕ 14
1 ОПИСАНИЕ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ 16
1.1 КЛАССИФИКАЦИЯ КОМПРЕССОРОВ. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ 16
1.2 СТУПЕНЬ ПОРШНЕВОГО КОМПРЕССОРА. КЛАССИФИКАЦИЯ
ПОРШНЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ. ОБЗОР КОНСТРУКЦИИ 18
1.3 УПЛОТНЕНИЯ ПОРШНЯ КОМПРЕССОРА 22
2 КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ 27
2.1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ 27
2.2 ВЫБОР НОРМАЛИЗОВАННОЙ БАЗЫ КОМПРЕССОРА И СХЕМЫ
КОМПРЕССОРА 27
2.2.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТИПА БАЗЫ 27
2.2.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА РЯДОВ БАЗЫ 28
2.2.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА СТУПЕНЕЙ СЖАТИЯ 29
2.2.4 КОРРЕКТИРОВКА НОМИНАЛЬНЫХ ОТНОШЕНИЙ ДАВЛЕНИЙ ПО
СТУПЕНЯМ 30
2.2.5 ОБОСНОВАНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ КОМПРЕССОРА 31
2.2.6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОМИНАЛЬНОГО УСИЛИЯ БАЗЫ 32
2.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДАВЛЕНИЙ, ТЕМПЕРАТУР И ПЛОТНОСТЕЙ ГАЗА 33
2.3.1 РАСЧЕТ НОМИНАЛЬНЫХ ДАВЛЕНИЙ ВСАСЫВАНИЯ И
НАГНЕТАНИЯ 33
2.3.2 РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУР ВСАСЫВАНИЯ И ПЛОТНОСТЕЙ ГАЗА НА
ВХОДЕ В СТУПЕНЬ 33
2.4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССОВОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ КОМПРЕССОРА
ЗА ЦИКЛ 34
2.5 КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ КОМПРЕССОРА 34
2.5.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ОТНОСИТЕЛЬНЫХ
МЕРТВЫХ ПРОСТРАНСТВ ПО СТУПЕНЯМ 34
2.5.2 РАСЧЕТ ОБЪЕМНОГО КОЭФФИЦИЕНТА 35
2.5.3 РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТА ПОДОГРЕВА 36
2.5.4 ВЫБОР КОЭФФИЦИЕНТА ДАВЛЕНИЯ 37
2.5.5 ОЦЕНКА СТАТИЧЕСКОЙ НЕГЕРМЕТИЧНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ
СТУПЕНИ 37
2.5.6 ОЦЕНКА ДИНАМИЧЕСКОЙ НЕГЕРМЕТИЧНОСТИ СТУПЕНИ 38
2.5.7 ОЦЕНКА ВНЕШНИХ ОТНОСИТЕЛЬНЫХ УТЕЧЕК ГАЗА 39
2.5.8 ЗАДАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ВЛАЖНОСТИ 39
2.5.9 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОДАЧИ 40
2.5.10 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УТОЧНЕННЫХ ТЕМПЕРАТУР ТНГ (К)
НАГНЕТАЕМОГО ГАЗА ПО СТУПЕНЯМ 40
2.5.11 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОЧИХ ОБЪЕМОВ ЦИЛИНДРОВ 41
2.5.12 ОПРЕДЕЛЕНИЕ АКТИВНОЙ ПЛОЩАДИ ПОРШНЕЙ 41
2.5.13 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАМЕТРОВ РАБОЧИХ ЦИЛИНДРОВ 42
2.6 РАСЧЕТ ПОТРЕБЛЯЕМОЙ МОЩНОСТИ И ПОКАЗАТЕЛЯ
ЭФФЕКТИВНОСТИ КОМПРЕССОРА 43
2.7 ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ САМОДЕЙСТВУЮЩИХ КЛАПАНОВ.44
2.7.1 ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ПОТЕРИ МОШНОСТИ В КЛАПАНАХ 44
2.7.2 УСЛОВНАЯ СКОРОСТЬ ГАЗА В КЛАПАНАХ 45
2.7.3 ЭКВИВАЛЕНТНОЕ ПРОХОДНОЕ СЕЧЕНИЕ КЛАПАНОВ 46
2.8 ПОДБОР ДВИГАТЕЛЯ 47
2.9 ПОДБОР ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ 48
3 ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ 49
3.1 МЕТОДИКА ПОДБОРА ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ 49
3.2 ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ О ТЕЧЕНИИ ГАЗА В
ПОРШНЕВОМ УПЛОТНЕНИИ 56
3.2.1 СХЕМА ТЕЧЕНИЯ ГАЗА ЧЕРЕЗ ПОРШНЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ 56
3.2.2 ЗАДАЧА О ТЕЧЕНИИ ГАЗА В УЗКОЙ ОСЕВОЙ КОЛЬЦЕВОЙ ЩЕЛИ, РАСПОЛОЖЕННОЙ МЕЖДУ СООСНЫМИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ 57
3.2.3 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА В
УПЛОТНЕНИИ ПОРШНЯ КОЛЬЦАМИ 59
3.3 ДЕЙСТВИЕ ГАЗОВЫХ СИЛ НА ПОРШНЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ 61
3.3.1 РАСЧЕТНАЯ СХЕМА ДЕЙСТВИЯ ГАЗОВЫХ СИЛ НА ПОРШНЕВОЕ
КОЛЬЦО. ДЕФОРМАЦИЯ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПОРШНЕВОГО КОЛЬЦА ПОД ДЕЙСТВИЕМ ГАЗОВЫХ СИЛ 61
3.3.2 ИЗМЕНЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ ПРОГИБА ПО ВЫСОТЕ ПОРШНЕВОГО
КОЛЬЦА (НЕПОСТОЯНСТВО УСЛОВНОГО ЗАЗОРА В ПАРЕ «ПОРШНЕВОЕ КОЛЬЦО-ЗЕРКАЛО ЦИЛИНДРА») 64
3.3.3 АНАЛИЗ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПЕРЕПАДОВ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА Др НА
ПОРШНЕВЫХ КОЛЬЦАХ 66
3.4 РАСЧЕТ СИЛ И РАБОТЫ ТРЕНИЯ В ПОРШНЕВОМ УПЛОТНЕНИИ 70
3.5 ВЛИЯНИЕ ПОДВИЖНОСТИ СТЕНКИ ЩЕЛИ НА ТЕЧЕНИЕ ГАЗА В
РАДИАЛЬНОМ ЗАЗОРЕ "ПОРШНЕВОЕ КОЛЬЦО - ЗЕРКАЛО ЦИЛИНДРА" КОМПРЕССОРА 77
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 88
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 91
ПРИЛОЖЕНИЕ 97
Устойчивое развитие современного постиндустриального общества сложно представить без применения технологического оборудования во всех отраслях промышленности. Важное место в данной области занимает компрессорное оборудование.
Из всех существующих на сегодняшний день типов компрессоров одним из наиболее применяемых является поршневой компрессор (ПК). Рабочий цикл настоящей машины представляется возвратно-поступательным перемещением поршня, благодаря которому объема рабочего цилиндра периодически изменяется.
Технологический прогресс XX века задает новые тенденции в области компрессоростроения. Начиная с 1960-х годов, повсеместно используются поршневые компрессоры, способные работать без смазки в цилиндрах. Технические изменения поршневых компрессоров стали источником сложностей в проектировании, производстве и эксплуатации ПК. Решение возникших проблем невозможно без проведения научных исследований в рассматриваемой области.
На сегодняшний день выбранная тема исследования является актуальной. Эффективность работы ПК напрямую зависит от совершенства комплектующих узлов, в том числе уплотнительных. В настоящее время является востребованным производство бессмазочных и реконструкция эксплуатируемых компрессоров, для работы без смазки Ц11Г. Для таких машин характерны применение неметаллических поршневых колец. Отдельным пунктом к защите выносится решение задачи разработки методики расчета массообменных потерь через поршневое уплотнение, с учетом подвижности стенок, ограничивающих рассматриваемый радиальный канал "поршневое кольцо - зеркало цилиндра" компрессора.
Целью выпускной квалификационной работы является исследование течения газа в поршневом уплотнении ступени компрессора.
Для достижения поставленной цели определены следующие задачи:
1. Выполнить термодинамический расчет поршневого компрессора (рабочий газ - воздух, производительность V = 4 м3/мин, давление на всасывании, рвс = 0,1 МПа, давление на нагнетании, рнг = 0,8 МПа, температура на всасывании, Твс = 285 К);
2. Проанализировать методику подбора поршневых колец и обосновать оптимальный вариант комплекта колец;
3. Выполнить обзор основных теоретических положений о течении газа в поршневом уплотнении компрессора;
4. Рассмотреть деформацию поршневого кольца под действием газовых сил и распределение перепадов давления по поршневым кольцам;
5. Произвести расчет значений мощности трения уплотнительных элементов;
6. Обосновать влияние подвижности стенки щели на течение газа в радиальном зазоре "поршневое кольцо - зеркало цилиндра" компрессора и предложить математическую модель учета подвижности рассматриваемого радиального зазора.
Расчетный и исследовательский разделы выпускной квалификационной работы проводятся по инженерным методикам, а также с использованием современных CAE-систем.
Из всех существующих на сегодняшний день типов компрессоров одним из наиболее применяемых является поршневой компрессор (ПК). Рабочий цикл настоящей машины представляется возвратно-поступательным перемещением поршня, благодаря которому объема рабочего цилиндра периодически изменяется.
Технологический прогресс XX века задает новые тенденции в области компрессоростроения. Начиная с 1960-х годов, повсеместно используются поршневые компрессоры, способные работать без смазки в цилиндрах. Технические изменения поршневых компрессоров стали источником сложностей в проектировании, производстве и эксплуатации ПК. Решение возникших проблем невозможно без проведения научных исследований в рассматриваемой области.
На сегодняшний день выбранная тема исследования является актуальной. Эффективность работы ПК напрямую зависит от совершенства комплектующих узлов, в том числе уплотнительных. В настоящее время является востребованным производство бессмазочных и реконструкция эксплуатируемых компрессоров, для работы без смазки Ц11Г. Для таких машин характерны применение неметаллических поршневых колец. Отдельным пунктом к защите выносится решение задачи разработки методики расчета массообменных потерь через поршневое уплотнение, с учетом подвижности стенок, ограничивающих рассматриваемый радиальный канал "поршневое кольцо - зеркало цилиндра" компрессора.
Целью выпускной квалификационной работы является исследование течения газа в поршневом уплотнении ступени компрессора.
Для достижения поставленной цели определены следующие задачи:
1. Выполнить термодинамический расчет поршневого компрессора (рабочий газ - воздух, производительность V = 4 м3/мин, давление на всасывании, рвс = 0,1 МПа, давление на нагнетании, рнг = 0,8 МПа, температура на всасывании, Твс = 285 К);
2. Проанализировать методику подбора поршневых колец и обосновать оптимальный вариант комплекта колец;
3. Выполнить обзор основных теоретических положений о течении газа в поршневом уплотнении компрессора;
4. Рассмотреть деформацию поршневого кольца под действием газовых сил и распределение перепадов давления по поршневым кольцам;
5. Произвести расчет значений мощности трения уплотнительных элементов;
6. Обосновать влияние подвижности стенки щели на течение газа в радиальном зазоре "поршневое кольцо - зеркало цилиндра" компрессора и предложить математическую модель учета подвижности рассматриваемого радиального зазора.
Расчетный и исследовательский разделы выпускной квалификационной работы проводятся по инженерным методикам, а также с использованием современных CAE-систем.
В процессе работы над выпускной квалификационной работой, для достижения поставленной цели, были решены следующие задачи:
1. Выполнен термодинамический расчет поршневого компрессора по инженерной методики в соответствии с выданным заданием на проектирование.
Вывод: спроектирован двухступенчатый двухрядный компрессор на
нормализированный базе 2ВУ-4/8 (приложение А);
2. Проанализирована методика подбора поршневых колец и обоснован выбор оптимального варианта комплекта колец.
Вывод: показана целесообразность проведения предварительной оценки возможных компоновочных вариантов, возникающих в процессе подбора уплотнительных колец поршневого компрессора. Данная необходимость выявлена при анализе имеющихся эмпирических зависимостей, накопленного производственного и эксплуатационного опыта.
Приведен краткий обзор неметаллических материалов, применяемых для изготовления уплотнительных узлов, рассматриваются их технологические преимущества и недостатки.
Показано, что наличие нескольких конкурирующих вариантов компоновки уплотнения требует выбора наиболее предпочтительного из них на основе сравнения стоимостных характеристик материалов, материалоемкости и максимальной работоспособности;
3. Выполнен обзор основных теоретических положений о течении газа в поршневом уплотнении компрессора;
Вывод: результаты литературного обзора по теме показали, что на сегодняшний день известна математическая модель рабочего процесса в уплотнении поршня кольцами, основанная на использовании уравнений термодинамики переменной массы, а также система дифференциальных уравнений, описывающих стационарное ламинарное радиальное течение реального газа в узкой сухой щели с неподвижными стенками. Однако сведения об учете подвижности канала «поршневое кольцо-цилиндр» при моделировании течения газа в поршневом уплотнении, в отечественной литературе отсутствуют. Данный расчет может быть откорректирован для получения более точных результатов;
4. Рассмотрена деформация поршневого кольца под действием газовых сил и распределение перепадов давления по поршневым кольцам;
Вывод: выполнен расчет деформации поршневого кольца 1 и 2 ступени сжатия компрессора по принятой методике расчета и в программном комплексе ANSYS (приложение Б). Результаты расчета на базе ANSYS и принятой методике качественно совпадают, так как величина деформации поршневого кольца в обоих случаях имеет одинаковый порядок. Также стоит отметить, что величина прогиба не превосходит величину зазора между зеркалом цилиндра и поршневым кольцом.
Текущие значения p для колец №1 и №2 практических идентичны, что говорит об отсутствии необходимости в установке третьего поршневого кольца.
увеличение числа колец в данном случае повышает герметичность ступени компрессора в малой с степени, при у = 0 не более 0,03% (0, 16 кг/ч) и при предельно допускаемой степени износа у = 0,33 не более 0,11% (0,68 кг/ч). Однако добавление дополнительных колец приводит к увеличению затрат энергии на преодоление трения и увеличению осевых габаритных размеров поршня;
5. Произведен расчет значений мощности трения уплотнительных элементов;
Вывод: потери на преодоление трений поршня и поршневых колец в компрессорах со смазкой составляют 60—70 % от суммарных потерь на преодоление трений поршневого компрессора. Силы трения в уплотнении возникают от действия давления газов на кольцо (85 %) и от сил упругости колец (15 %). Потери на трение уплотнения необходимо определять для каждого кольца уплотнения с учетом особенностей его работы, а затем их суммировать.
Представлены результаты расчета;
6. Обосновано влияние подвижности стенки щели на течение газа в радиальном зазоре "поршневое кольцо - зеркало цилиндра" компрессора и предложена математическая модель учета подвижности рассматриваемого радиального зазора.
Вывод: принятые методики расчета протечек и перетечек в зазорах поршневого уплотнения компрессора, которые обычно производятся без учета движения поверхностей, ограничивающих эти зазоры, могут быть откорректированы в сторону повышения точности. Обосновать необходимость учета относительного движения стенок зазоров возможно численными методами для конкретных условий. Учет подвижности рассмотренной радиальной щели будет актуальным при высоких скоростях поршня и перепадах давления.
Цель выпускной квалификационной работы - исследование течения газа в уплотнительных узлах ступени поршневого компрессора, достигнута. Теоретическая и практическая ценность результатов исследования заключается в возможности их успешного использовании в производстве и образовательном процессе, а также отражает положительные тенденции в развитии современного компрессоростроения.
1. Выполнен термодинамический расчет поршневого компрессора по инженерной методики в соответствии с выданным заданием на проектирование.
Вывод: спроектирован двухступенчатый двухрядный компрессор на
нормализированный базе 2ВУ-4/8 (приложение А);
2. Проанализирована методика подбора поршневых колец и обоснован выбор оптимального варианта комплекта колец.
Вывод: показана целесообразность проведения предварительной оценки возможных компоновочных вариантов, возникающих в процессе подбора уплотнительных колец поршневого компрессора. Данная необходимость выявлена при анализе имеющихся эмпирических зависимостей, накопленного производственного и эксплуатационного опыта.
Приведен краткий обзор неметаллических материалов, применяемых для изготовления уплотнительных узлов, рассматриваются их технологические преимущества и недостатки.
Показано, что наличие нескольких конкурирующих вариантов компоновки уплотнения требует выбора наиболее предпочтительного из них на основе сравнения стоимостных характеристик материалов, материалоемкости и максимальной работоспособности;
3. Выполнен обзор основных теоретических положений о течении газа в поршневом уплотнении компрессора;
Вывод: результаты литературного обзора по теме показали, что на сегодняшний день известна математическая модель рабочего процесса в уплотнении поршня кольцами, основанная на использовании уравнений термодинамики переменной массы, а также система дифференциальных уравнений, описывающих стационарное ламинарное радиальное течение реального газа в узкой сухой щели с неподвижными стенками. Однако сведения об учете подвижности канала «поршневое кольцо-цилиндр» при моделировании течения газа в поршневом уплотнении, в отечественной литературе отсутствуют. Данный расчет может быть откорректирован для получения более точных результатов;
4. Рассмотрена деформация поршневого кольца под действием газовых сил и распределение перепадов давления по поршневым кольцам;
Вывод: выполнен расчет деформации поршневого кольца 1 и 2 ступени сжатия компрессора по принятой методике расчета и в программном комплексе ANSYS (приложение Б). Результаты расчета на базе ANSYS и принятой методике качественно совпадают, так как величина деформации поршневого кольца в обоих случаях имеет одинаковый порядок. Также стоит отметить, что величина прогиба не превосходит величину зазора между зеркалом цилиндра и поршневым кольцом.
Текущие значения p для колец №1 и №2 практических идентичны, что говорит об отсутствии необходимости в установке третьего поршневого кольца.
увеличение числа колец в данном случае повышает герметичность ступени компрессора в малой с степени, при у = 0 не более 0,03% (0, 16 кг/ч) и при предельно допускаемой степени износа у = 0,33 не более 0,11% (0,68 кг/ч). Однако добавление дополнительных колец приводит к увеличению затрат энергии на преодоление трения и увеличению осевых габаритных размеров поршня;
5. Произведен расчет значений мощности трения уплотнительных элементов;
Вывод: потери на преодоление трений поршня и поршневых колец в компрессорах со смазкой составляют 60—70 % от суммарных потерь на преодоление трений поршневого компрессора. Силы трения в уплотнении возникают от действия давления газов на кольцо (85 %) и от сил упругости колец (15 %). Потери на трение уплотнения необходимо определять для каждого кольца уплотнения с учетом особенностей его работы, а затем их суммировать.
Представлены результаты расчета;
6. Обосновано влияние подвижности стенки щели на течение газа в радиальном зазоре "поршневое кольцо - зеркало цилиндра" компрессора и предложена математическая модель учета подвижности рассматриваемого радиального зазора.
Вывод: принятые методики расчета протечек и перетечек в зазорах поршневого уплотнения компрессора, которые обычно производятся без учета движения поверхностей, ограничивающих эти зазоры, могут быть откорректированы в сторону повышения точности. Обосновать необходимость учета относительного движения стенок зазоров возможно численными методами для конкретных условий. Учет подвижности рассмотренной радиальной щели будет актуальным при высоких скоростях поршня и перепадах давления.
Цель выпускной квалификационной работы - исследование течения газа в уплотнительных узлах ступени поршневого компрессора, достигнута. Теоретическая и практическая ценность результатов исследования заключается в возможности их успешного использовании в производстве и образовательном процессе, а также отражает положительные тенденции в развитии современного компрессоростроения.