1.3 Газодинамический расчет элементов поршневого компрессора.

Газодинамический расчет проводят с целью обеспечения допустимых скоростей пара и гидравлических потерь в характерных сечениях газового тракта.

Таблица 2. Рекомендуемые средние скорости пара, м/с:

Хладагент	R22	R12
Всасывающий патрубок	15…20	12…17
Окна цилиндра	10…15	10…15
Всасывающий клапан седло щель	20…25 30…40	17…22 25…35
Нагнетательный клапан седло щель	25…30 30…40	25…35 25…35
Нагнетательный патрубок	20…25	17…22

1. Площадь поршня компрессора:

м².

2. Площадь сечения седла всасывающего клапана:

м²,

рекомендуемая скорость пара в седле всасывающего клапана для R – 22: с =20... 25 м/с.

3. Диаметр седла всасывающего клапана:

м².

4. Площадь сечения седла нагнетательного клапана:

м²,

рекомендуемая скорость в седле нагнетательного клапана для R-22 с=25...35м/с.

5. Диаметр седла нагнетательного клапана:

м².

6. Потери давления на всасывании:

МПа;

7. Потери давления на нагнетании:

МПа.

1.4 Динамический расчет поршневого компрессора.

В ходе динамического расчета определяются силы и моменты, действующие в компрессоре.

Суммарная свободная сила действует по оси цилиндра:

,

где – сила от давления пара в цилиндре, – сила инерции поступательно движущихся масс, – сила трения поступательно движущихся частей.

Сила от давления пара в цилиндре определяется разностью давлений со стороны крышки цилиндра и со стороны вала :

.

Сила инерции поступательно движущихся масс:

,

где – масса поступательно движущихся частей, кг; – радиус кулисы, м; – угловая скорость вала, с^-1; – угол поворота кривошипа от верхней мертвой точки; . Тогда:

Силу трения поступательно движущихся частей условно принимают постоянной:

.

Сила трения направлена против движения и меняет свой знак в мертвых точках.

Силу , приложенную к шатунной шейке можно разложить на:

1. тангенциальную силу, действующую перпендикулярно к кривошипу: ;

2. радиальную силу, действующую перпендикулярно к кривошипу: .

Направление действующих сил принято положительным, следовательно, при положительном значении, силы , , , , – вызывают сжатие шатуна, сила – направлена против вращения вала, сила – к оси вращения вала.

Результаты динамического расчета используют при расчете на прочность деталей компрессора, подшипников на износ, для проектирования системы смазки и определения неуравновешенных сил и моментов.

Силы, действующие в компрессоре, изменяются в зависимости от угла поворота кривошипа. Для определения максимальных, минимальных и средних за цикл значений нагрузки деталей кривошипно-шатунного механизма строят диаграммы сил, позволяющих оценить характер нагружения.

1. Сила инерции поступательно движущихся масс:

,

= , – масса поршня в сборе с поршневым пальцем.

= кг.

рад/с.

м. – радиус кривошипа.

Результаты расчета сил инерции в зависимости от угла поворота кривошипа приведены в таблице 3.

Таблица 3. Силы инерции.

	cos	Iп
0	1	-186,346
15	0,9659258	-179,997
30	0,8660254	-161,381
45	0,7071068	-131,767
60	0,5	-93,1732
75	0,258819	-48,23
90	0	0
105	-0,258819	48,23001
120	-0,5	93,17322
135	-0,7071068	131,7668
150	-0,8660254	161,3808
165	-0,9659258	179,9968
180	-1	186,3464
195	-0,9659258	179,9968
210	-0,8660254	161,3808
225	-0,7071068	131,7668
240	-0,5	93,17322
255	-0,258819	48,23001
270	0	0
285	0,258819	-48,23
300	0,5	-93,1732
315	0,7071068	-131,767
330	0,8660254	-161,381
345	0,9659258	-179,997
360	1	-186,346

2. Сила трения поступательно движущихся частей условно принимается постоянной:

Н

3. Сила от давления пара в цилиндре определяется по индикаторной диаграмме. Индикаторная диаграмма строится по методу Брауэра в системе координат .

По оси абсцисс (в выбранном масштабе) откладывается значения хода поршня и мертвого пространства :

, где - относительное линейное мертвое пространство.

По оси ординат (в выбранном масштабе) откладывают силы от давления пара на поршень:

1. Сила от давления всасывания, Н:

.

2. Сила от давления кипения, Н:

.

3. Сила от давления конденсации, Н:

.

4. Сила от давления нагнетания, Н:

.

При построении политроп сжатия и расширения необходимо провести вспомогательный луч из начала координат под углом к оси абсцисс и задать значение показателей политропы сжатия и .

Для построения точек политропы сжатия и расширения используют вспомогательные лучи, проведенные из начала координат под углом , а для политропы расширения .

Порядок построения описан в [4]. По результатам построения снимаются значения силы от давления пара, которые даны в таблице 4.

Таблица 4. Сила от давления пара.

	П, Н
0	2545
15	1850
30	1010
45	480
60	300
75	190
90	186
105	186
120	186
135	186
150	186
165	186
180	186
180	201
195	204
210	215
225	230
240	265
255	300
270	350
285	460
300	660
315	1180
330	2261
345	2545
360	2545

Результаты расчета суммарной свободной силы приведены в таблице 6.

Таблица 6. Суммарная свободная сила.

	П, Н	Iп, Н	Rп, Н	R, Н
0	2545	-186,346	-32	2326,654
15	1850	-179,997	-32	1638,003
30	1010	-161,381	-32	816,6192
45	480	-131,767	-32	316,2332
60	300	-93,1732	-32	174,8268
75	190	-48,23	-32	109,77
90	186	-1,1E-14	-32	154
105	186	48,23001	-32	202,23
120	186	93,17322	-32	247,1732
135	186	131,7668	-32	285,7668
150	186	161,3808	-32	315,3808
165	186	179,9968	-32	333,9968
180	186	186,3464	-32	340,3464
180	201	179,9968	32	412,9968
195	204	161,3808	32	397,3808
210	215	131,7668	32	378,7668
225	230	93,17322	32	355,1732
240	265	48,23001	32	345,23
255	300	3,42E-14	32	332
270	350	-48,23	32	333,77
285	460	-93,1732	32	398,8268
300	660	-131,767	32	560,2332
315	1180	-161,381	32	1050,619
330	2261	-179,997	32	2113,003
345	2545	-186,346	32	2390,654
360	2545	0	32	2577

Рис. 3. Развернутая диаграмма сил, действующих в компрессоре.

4. Суммарную свободную силу можно разложить на две составляющие:

1. силу, действующую по оси шатуна: ;

2. силу, действующую на стенку цилиндра: .

Силу , приложенную к шатунной шейке можно разложить на:

1. тангенциальную силу, действующую перпендикулярно к кривошипу: ;

2. радиальную силу, действующую перпендикулярно к кривошипу: .

Результаты расчета тангенциальных и радиальных сил приведены в таблице 7.

Таблица 7.

	R, Н	sin 	cos 	Pt, Н	Pr, Н
0	2326,654	0	1	0	-2326,65
15	1638,003	0,258819	0,965926	-423,946	-1582,19
30	816,6192	0,5	0,866025	-408,31	-707,213
45	316,2332	0,707107	0,707107	-223,611	-223,611
60	174,8268	0,866025	0,5	-151,404	-87,4134
75	109,77	0,965926	0,258819	-106,03	-28,4106
90	154	1	6,13E-17	-154	-9,4E-15
105	202,23	0,965926	-0,25882	-195,339	52,34098
120	247,1732	0,866025	-0,5	-214,058	123,5866
135	285,7668	0,707107	-0,70711	-202,068	202,0677
150	315,3808	0,5	-0,86603	-157,69	273,1277
165	333,9968	0,258819	-0,96593	-86,4447	322,6162
180	340,3464	1,23E-16	-1	-4,2E-14	340,3464
180	412,9968	1,23E-16	-1	-5,1E-14	412,9968
195	397,3808	-0,25882	-0,96593	102,8497	383,8403
210	378,7668	-0,5	-0,86603	189,3834	328,0217
225	355,1732	-0,70711	-0,70711	251,1454	251,1454
240	345,23	-0,86603	-0,5	298,978	172,615
255	332	-0,96593	-0,25882	320,6874	85,92792
270	333,77	-1	-1,8E-16	333,77	6,13E-14
285	398,8268	-0,96593	0,258819	385,2371	-103,224
300	560,2332	-0,86603	0,5	485,1762	-280,117
315	1050,619	-0,70711	0,707107	742,9	-742,9
330	2113,003	-0,5	0,866025	1056,502	-1829,91
345	2390,654	-0,25882	0,965926	618,7467	-2309,19
360	2577	-2,5E-16	1	6,31E-13	-2577

Рис. 4. Диаграмма тангенциальной силы.

Рис. 5. Диаграмма радиальной силы.

Вывод

1. Использование регенеративного теплообмена в цикле бытового холодильника повышает эффективность работы холодильника и исключает возможность гидроудара

2. Значение эффективного холодильного коэффициента меньше значения теоретического холодильного коэффициента, что говорит о значительных потерях/

3. Полученные значения диаметра цилиндра и хода поршня близки к значениям серийно-выпускаемых мотор - компрессоров

4. В действительном поршневом компрессоре по сравнению с теоретическим имеются значительные потери давления на всасывании и нагнетании.

5. При положительных значениях сил , , - - вызывает сжатие шатуна, сила направлена против вращения вала, сила к оси вращения вала.