2.7 Диаграмма крутящих моментов
Крутящий момент (момент сопротивления) на валу компрессора меняется вместе с изменением силы Т в зависимости от угла поворота вала. Мгновенное значение момента сопротивления многорядного компрессора
МС’ = Тi R,
где Ti – тангенциальная сила отдельного ряда, Н.
Следовательно, суммарные диаграммы тангенциальных сил являются диаграммами крутящих моментов в соответствующем новом масштабе.
Для определения полного крутящего момента многорядного компрессора следует построить суммарную – диаграмму тангенциальных сил, нанося их на одну диаграмму, смещая одну кривую относительно другой в соответствии с величиной угла между цилиндрами и коленами вала.
На рисунке 2.13 показана диаграмма тангенциальных сил восьмицилиндрового одноступенчатого компрессора. За начало отсчета угла принята ВТМ первого ряда. Сила Т второго ряда, имеющая такой же характер изменения, наносится на диаграмму со сдвигом на угол между и рядами 1. Диаграммы III и IV рядов условно не показаны, чтобы не затемнить чертеж. Суммируя графически силы Т, Т, Т, ТIV, получают суммарную тангенциальную силу ТСУМ1 от четырех рядов, шатуны которых закреплены на первом колене. С учетом угла между коленами 1800 нанесена ТСУМ2 от четырех рядов, шатуны которых закреплены на втором колене. Общая ТСУМ получена путем графического сложения сил ТСУМ1 и ТСУМ..
Полный момент сопротивления включает и момент от силы трения вращательного движения, которая также является тангенциальной силой и создает дополнительный момент сопротивления вращению вала:
Мс = Мс’ + Rвр R = (Тсум + Rвр) R
Для расчетного режима силу трения RВР, Н, принимают условно постоянной и определяют по формуле:
.
Удобно учесть ее смещением оси абсцисс на величину вектора силы RВР.
Диаграмма тангенциальных сил (Тсум + Rвр) показана на рисунке 2.14. Отсчет (Тсум + Rвр) ведется от оси О’ - ’.
Момент средней тангенциальной силы можно рассматривать как средний вращательный момент двигателя, постоянный на протяжении одного оборота вала МДВ = ТСР R.
Значение средней тангенциальной силы ТСР, Н, можно определить либо делением площади тангенциальной диаграммы на ее длину
,
где – F – площадь диаграммы тангенциальных сил между осью ’ и Тсум, см2;
mпл – масштаб площади диаграммы, равный
mПЛ = mДЛ mS,
где mS – масштаб силы, Н/см;
-
масштаб длины, м/см; lg- длина диаграммы,
см;
либо вычислением непосредственно из диаграммы как средней ординаты, учитывая при суммировании положительные ординаты со знаком плюс, а отрицательные - со знаком минус.
Ординату прямой ТСР можно рассматривать как средний крутящий момент электродвигателя
МДВ = ТСР R,
а ординаты кривой ( ТСУМ + RВР) – как моменты сопротивления компрессора Мс в соответствующем масштабе.
Если ТСР найдена правильно, то на диаграмме сумма площадей участков, лежащих по одну сторону от прямой ТСР (со знаком плюс), равна сумме площадей участков, лежащих по другую сторону средней тангенциальной силы (со знаком минус) (рисунок 2.14).
Избыточная площадь со знаком плюс показывает, какое количество энергии недодает двигатель в данный момент времени по сравнению с количеством энергии, которое необходимо компрессору для обеспечения заданного режима работы. Площадки со знаком минус показывают, какое избыточное количество энергии дает двигатель в сравнении с количеством энергии, потребляемой компрессором.
У компрессоров с некоторыми рядами наивыгоднейшее расположение кривошипов относительно друг друга и угла развала между цилиндрами можно получить после суммирования сил Тi отдельных рядов при различных комбинациях их размещения таким образом, чтобы результирующая максимальная площадка на диаграмме сил fmax получилась наименьшей.
Если в конструкции компрессора предусматривают регулирование производительности способом, при котором изменяется индикаторная диаграмма, например, отжатием всасывающих клапанов, подключением дополнительного мертвого пространства, то необходимо построить дополнительные диаграммы тангенциальных сил для нерасчетных режимов. Наиболее благоприятный угол смещения кривошипов определяют после анализа диаграмм при полной и сокращенной производительности компрессора. Если предусматривают привод от поршневого двигателя, жестко соединенного с валом компрессора, то строят совмещенные тангенциальные диаграммы двигателя и компрессора.
Указанные случаи дополнительных построений студент выполняет в соответствии с указаниями руководителя работы (проекта).
Рисунок 2.1
Рисунок 2.2
Рисунок 2.3
Рисунок 2.4
а) – схема компрессора
б) - индикаторные диаграммы полостей сжатия;
с) - развернутая индикаторная диаграмма.
Рисунок 2.5
Рисунок 2.6
Рисунок 2.7
RП - сила трения; РСУМ - поршневая сила; (П-П’) - кривая поршневых сил;
JП1 - сила инерции 1–го порядка; JП2 - сила инерции 2-го порядка.
Рисунок 2.8
Рисунок 2.9
Рисунок 2.10
Рисунок 2.11
Рисунок 2.12
Т1 – кривая для первого цилиндра; Тсум1 колена – суммарная кривая
первых четырех цилиндров; Тсум2 колена - суммарная кривая
вторых четырех цилиндров; Тсум – суммарная кривая восьми цилиндров.
Рисунок 2.13
Рисунок 2.14
Список использованных источников
1. Правила устройства и безопасной эксплуатации аммиачных холодильных установок. - М.: ВНИХИ, 1982.- 143 с.
2. Холодильные машины/ Под ред. д-ра техн. наук, проф. И.А.Сакуна.- Л.: Машиностроение, 1985.-511 с.
3. Френкель М.И. Поршневые компрессоры.- М.- Л.: Машиностроение, 1969.- 743 с.
4. Пластинин П.И., Автономова И.В. Динамический расчет поршневого компрессора: Учебное пособие по курсовому проектированию/ МВТУ – М.: 1980. – 46 с.
5. Вейнберг Б.С. Поршневые компрессоры холодильных машин. – М.: Машиностроение, 1968. –355 с.
6. Тепловые и конструкторские расчеты холодильных машин/ Под ред. д-ра техн. наук, проф. Н.Н.Кошкина – Л.: Машиностроение, 1976. – 464 с.
7. Холодильные компрессоры. Справочник. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. – 280 с.