Задание №4 проектирование и исследование механизмов криогенного поршневого детандера
Детандер предназначен для расширения газа с целью генерации холода в циклах низкотемпературных установок, для чего в этих машинах энергия сжатого газа преобразуется в работу, снимаемую с вала детандера.
Криогенный двухцилиндровый оппозитный детандер высокого давления -горизонтальная машина простого действия. Основным механизмом детандера являются два кривошипно-ползунных механизма. С кривошипами АВ и AF коленчатого вала I, расположенными под углом 180° (рис.4а,б), соединены шатуны 2 и 4. При таком устройстве поршни 3 и 5 всегда двигаются в противоположные стороны.
Рабочее тело - воздух, сжатый до давления Рmах, поступает в цилиндры I и II детандера через впускные клапаны (7 и 7'). При движении поршней 3 и 5 навстречу друг другу сжатый воздух расширяется, производя работу. При удалении поршней друг от друга в цилиндрах детандера происходит выталкивание газа через выпускные клапаны (8 и 8') и обратное сжатие газа, оставшегося в рабочей полости после закрытия выпускных клапанов. Рабочий цикл детандера совершается за один оборот коленчатого вала. Для обеспечения необходимой равномерности движения на валу I закреплен маховик 9. Изменение давления в цилиндрах детандера в зависимости от положения поршня представлено индикаторной диаграммой (рис.4в), данные для построения которой приведены в табл. 4-2.
В данной установке энергия сжатого воздуха, преобразованная в работу, используется электрогенератором 16, который связан с валом I детандера через зубчатую передачу (Z10 и Zu) планетарный повышающий редуктор (мультипликатор) и муфту 16'.
Механизм газораспределения (рис. 4а) состоит из двух кулачков впуска (17 и 17') и двух - выпуска (18 и 18'), закрепленных на распределительных валах О1 О", и толкателей, воздействующих на клапаны. (Для цилиндра I, механизм газораспределения на схеме не показан). Частота вращения распределительных валов и вала I одинаковая (пк = п1 с-1). Схема кулачкового механизма и закон движения толкателя представлены нарис.4г,д.
Исходные данные.
Таблица 4-1
|
№ пп |
Параметр |
Обозначение |
Единица измерены я |
Числовые значения для вариантов | ||||||||||||
|
|
|
|
|
А |
Б |
В |
Г |
Д | ||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 | ||||||||
|
1 |
Средняя скорость поршня |
Vср |
м/с |
2,47 |
2,50 |
2,27 |
2,44 |
2,36 | ||||||||
|
2 |
Отношение длины шатуна к длине кливошипа |
|
|
4,6 |
4,5 |
4,6 |
4,4 |
4,5 | ||||||||
|
3 |
Отношение расстояния от точки B(F) до центра масс шатуна к длине шатуна |
|
- |
0,3 |
0,3 |
0,3 |
0,3 |
0,3 | ||||||||
|
4 |
Расстояние от точки C(D) до центра масс зв. 3 (зв. 5) |
|
м |
0,12 |
0,1 |
0,12 |
0,10 |
0,12 | ||||||||
|
5 |
Частота вращения коленчатого вала |
n1 |
с-1 |
6,5 |
6,8 |
6,3 |
7,0 |
6,4 | ||||||||
|
6 |
Максимальное давление воздуха в цилиндре |
Pmax |
МПа |
18,0 |
17,8 |
17,6 |
17,5 |
17,4 | ||||||||
|
7 |
Масса шатуна Масса поршня |
m2; т4 т3 ;т5 |
Кг кг |
24 48 |
25 50 |
26 52 |
24 48 |
23 46 | ||||||||
|
8 |
Момент инерции шатуна относительно оси, проходящей через его центр масс |
J2S ; J45 |
Кг.м2 |
0,68 |
0,71 |
0,72 |
0,68 |
0,66 | ||||||||
|
9 |
Момент инерции коленчатого вала и вращающихся звеньев, приведенный к валу звена I |
|
Кг.м2 |
100 |
102 |
100 |
96 |
98 | ||||||||
|
10 |
Коэффициент неравномерности вращения коленчатого вала |
|
- |
1/80 |
1/75 |
1/82 |
1/84 |
1/80 | ||||||||
|
11 |
Угловая координата для силового расчета (рис. 4а) |
|
град |
60 |
60 |
60 |
60 |
60 | ||||||||
|
12 |
Число зубьев колес |
Z11 Z10 |
- |
12 18 |
12 16 |
11 15 |
12 18 |
11 16 | ||||||||
|
13 |
Модуль зубчатых передач |
m |
мм |
5 |
4 |
5 |
4 |
5 | ||||||||
|
14 |
Передаточное отношение планетарного редуктора |
U15-8 |
- |
9 |
10 |
11 |
10 |
9 | ||||||||
|
15 |
Число сателлитов в планетарном редукторе |
к |
- |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 | ||||||||
|
16 |
Величина подъема толкателя кулачкового механизма |
hB |
м |
0,008 |
0,010 |
0,009 |
0,008 |
0,010 | ||||||||
|
17 |
Рабочий угол профиля кулачка |
|
град |
108 |
126 |
144 |
126 |
108 | ||||||||
|
18 |
Допустимый угол давления в кулачковом механизме |
|
град |
30 |
32 |
35 |
30 |
32 | ||||||||
|
19 |
Диаметр цилиндра |
d |
м |
0,085 |
0,082 |
0,080 |
0,084 |
0,078 | ||||||||
Таблица 4-2
Значения давления в 1 цилиндре двигателя в долях максимального давления
Рmax в зависимости от положения поршня
|
Путь поршня (в долях хода Н) |
Sc/Н |
0 |
0,05 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1,0 |
|
Давление воздуха (в долях Ртах) |
P/Pmax
|
Для движения поршня 3 вправо | |||||||||||
|
1,00 |
1,00 |
1,00 |
1,00 |
0,97 |
0,72 |
0,52 |
0,40 |
0,30 |
0,24 |
0,19 |
0,08 | ||
|
Для движения поршня 3 вправо | |||||||||||||
|
1,00 |
0,48 |
0,37 |
0,21 |
0,10 |
0,03 |
0,03 |
0,03 |
0,03 |
0,03 |
0,03 |
0,08 | ||
Рис. 4