Холодильное и вентиляц оборудование Белов ЕЛ

151

Применительно к особенности расчета вентиляторов для переработки сельскохозяйственной продукции акад. В.П. Горячкиным предложен иной метод построения характеристики.

За характеризующие работу вентилятора величины предложено прини-

Характеристика показывает изменение этих величин в зависимости от режима работы вентилятора, оцениваемого коэффициентом:

При использовании характеристик, построенных по такому методу, значительно упрощается расчет вентилятора по заданному расходу воздуха, статическому давлению и скорости воздуха в выходной трубе.

Располагая размерной характеристикой вентилятора и его аэродинамической схемой, можно пересчетом получить безразмерную характеристику по методу ЦАГИ и наоборот, по безразмерной - характеристику по методу В.П. Горячкина. Для пересчета характеристик используются соответствующие зависимости (7, 8, 9; 10, 11; 12).

Определение опытных данных

Расход воздуха изменяется сменой диафрагм-заслонок в выходном отверстии воздухопровода и подсчитывается по формуле:

Qв ср F,

где: νср - средняя скорость воздушного потока в м/с; F - площадь отверстия воздухопроводной трубы, м2.

Диаметр трубы воздухопровода экспериментальной установки 0,205 м.

Ввиду неравномерности скорости воздушного потока в разных точках поперечного сечения трубы, для определения средней скорости потока напор измеряют в нескольких точках сечения воздухопровода. При круглом сечении напоры в точках пересечения вертикального и горизонтального диаметров с окружностями, проведенными через центры тяжести равновеликих кольцевых

152

площадок, обычно сечение воздухопровода разбивается на 5 или 10 равновеликих кольцевых площадок.

По замеренному в каждой точке динамическому напору вычисляются скорости воздушного потока по формуле:

i 4 (hg )i , м/с.

Средняя скорость воздушного потока в сечении воздухопровода определяется по формуле:

ср n i , мс ,

где n - число точек замеров.

Среднее значение динамического напора:

Среднее значение статического напора:

hст ср hcр hg ср , мм вод.ст.

Для получения значений напоров необходимо показания микроманометра умножить на коэффициент, учитывающий наклон трубки.

Порядок выполнения работы

1. Подготовить установку к работе:

а) подсоединить аэродинамическую трубку к микроманометру; б) закрепить трубку 4 в измеренной точке по установочной рамке;

в) установить микроманометр по уровню, а его трубку - на значение 0,4 по шкале, совместить мениск с нулем;

г) вставить глухую диафрагму (№1) в трубку, д) настроить тахометр.

2. Включить привод вентилятора и произвести замеры:

- полного напора h (один шланг подсоединен к клемме «+», а другой снять с ниппеля трубки, отмеченного знаком «-»), динамического напора hg (оба шланга подсоединены):

- частоты n вращений вала вентилятора, мин-1;

- мощность Nвент, потребляемую вентилятором, кВт.

3. Определить напоры во всех точках поперечного сечения воздухопровода для глухой диафрагмы, затем последовательно для других.

Данные измерений занести в табл. 1. При замере мощности показания ваттметра необходимо умножить на 30.

4. Обработать опытные данные и занести их в табл. 2. 5. Построить безразмерную характеристику (рис. 2.2.).

153

2

3

4

5

6

7

8

9

Сред

н.

2. Обработка опытных данных

10

282

3117

4141

5171

6185

7205

Содержание отчета о выполнении работы

1.Определение размерных и безразмерных характеристик, их применение

ивзаимосвязь, методы построения безразмерных характеристик и их особенности.

2.Схема лабораторной установки.

3.Таблица опытных данных.

4.Таблица обработки данных.

5.Размерная характеристика вентилятора.

6.Выводы.

Контрольные вопросы

1. Что называется производительностью или расходом воздуха вентиля-

тора?

2.Что называется размерной характеристикой вентилятора?

3.По каким методам строится безразмерная характеристика вентилято-

ра?

4.Как строится безразмерная характеристика по методу ЦАГИ?

5.Какие коэффициенты и по каким формулам определяются при построении безразмерной характеристики по методу ЦАГИ?

154

6.Какие величины определяются при расчете вентиляторов по методу акад. В. П. Горячкина?

7.В чем достоинства метода расчета вентиляторов предложенного акад.

В.П. Горячкиным?

8.В каком порядке производится замер опытных данных?

Работа № 3 Анализ конструкции основных узлов и деталей поршневых

компрессоров

Цель работы. Изучить конструкцию основных узлов и деталей поршневых компрессоров: клапанной группы, шатунно-поршневой группы, коленчатого вала уплотнений, системы, смазки, масляных насосов, арматуры.

Оборудование и приспособления: стенды, плакаты.

Машины, предназначенные для сжатия и перемещения газов, называются

компрессорами.

В настоящее время в нашей стране эксплуатируются свыше 500 тыс. промышленных компрессоров, которые потребляют более 15 % энергии, вырабатываемой электростанциями страны. Изготовлением, ремонтом и обслуживанием компрессоров занято около одного миллиона работающих.

Производством компрессоров в нашей стране занято около 15 министерств и ведомств, предприятия которых выпускают свыше 500 типоразмеров компрессоров производительностью от 2,8 до 200 м/с, давлением до 250 МПа и мощностью от нескольких Вт до 40 тыс. кВт.

Назначение компрессоров

Одним из составных элементов паровых компрессионных холодильных машин является компрессор.

С помощью компрессора отсасывают пары холодильного агента, образующиеся в испарителе в процессе теплообмена между охлаждаемой средой и холодильным агентом, сжимают его до давления, несколько превышающего давление конденсации, и нагнетают в конденсатор.

На осуществление этих процессов в компрессоре затрачивают внешнюю энергию, без которой невозможен перенос энергии с нижнего температурного уровня (температура кипения холодильного агента в испарителе) на более высокий (температура конденсации пара холодильного агента в конденсаторе), т.е. невозможно осуществление термодинамического цикла холодильной машины.

Основные узлы и детали поршневых компрессоров

Процесс сжатия в компрессоре может быть осуществлен либо при превращении кинетической энергии потока газа в потенциальную, либо при изменении объема рабочей полости. В зависимости от того, как осуществляется процесс сжатия, различают объемные и поточные компрессоры.

К поточным компрессорам относят центробежные или турбокомпрессоры. Они находят применение только в крупных холодильных машинах.

155

Все поршневые компрессоры холодильных машин имеют ряд аналогичных по конструкции узлов и деталей, отличающихся геометрическими размерами, материалом и формой.

Рис. 3.1. Компрессор поршневой: 1 — мас-

лоразбрызгивающий диск; 2 — масляный кран; 3 — проходной контакт; 4 — клапанная плита; 5 — нагнетательный клапан; 6 — поршень; 7 — шатун; 8 — смотровое стекло; 9 — эксцентриковый вал; 10

— статор электродвигателя; 11 — ротор электродвигателя

Картеры и рамы

Картер – базовая деталь, где крепятся большинство узлов и деталей. Чаще всего картеры изготавливают литыми из серого чугуна марки СЧ-18-36. В картере предусмотрены окна, через которые устанавливают и монтируют механизм движения компрессора (рис. 3.2). На специально обработанные плоскости устанавливают цилиндры или блок цилиндров. Крышки и цилиндры на картере крепят шпильками. К картерам предъявляют высокие требования по прочности, жесткости и плотности. Жесткость необходима для сохранения всех размеров и взаимного положения плоскостей и осей в процессе эксплуатации компрессора. При нарушении взаимного положения плоскостей или осей элементов компрессора наблюдается преждевременный износ компрессора, нарушение плотности в местах соединений деталей и появление других дефектов.

Рис. 3.2. Картер поршневого компрессора

Высокие требования по прочности картера обусловлены тем, что он подвергается воздействию давления паров холодильного агента, а также на него действуют поршневые силы и силы инерции неуравновешенных подвижных частей компрессора.

Чтобы предотвратить утечку холодильного агента и масла из картера, он должен быть плотным, без трещин и свищей.

При изготовлении все картеры подвергают гидравлическим испытаниям при давлении 1,6 или 2,0 МПа для проверки на прочность и пневматическим испытаниям при давлении 1,0 МПа для проверки на плотность.

В нижней части картера предусмотрена емкость для сбора и отстоя смазочного масла. В картерах средних и крупных компрессоров устанавливают фильтры для очистки масла и предусматривают каналы для разводки масла от циркуляционного насоса к узлам трения.

Для увеличения жесткости картера и уменьшении количества разъемов в конструкции компрессора объединяют картер и блок цилиндров и изготавливают в виде одной детали - блоккартера.

156

Блоккартеры льют из серого чугуна марки СЧ 18-36. Возможно объединение картера, с корпусом электродвигателя. Благодаря такой компоновки компрессора уменьшаются его габаритные размеры, снижается металлоемкость, повышается плотность и жесткость картера.

Рис. 3.3. Рама крупного поршневого компрессора

У крупных поршневых компрессоров базовой деталью является рама (рис. 3.3), в которой устанавливают механизм движения компрессора. Нижняя часть ее служит для сбора и

отстоя смазочного масла. К фланцам рамы крепят цилиндры.

Рамы и картеры крупных компрессоров изготавливают литыми из серого чугуна повышенной прочности марки СЧ 21-40.

Обязательной операцией в процессе изготовления картеров и рам является старение или нормализация заготовок, чтобы снять все внутренние напряжения перед ее механической обработкой.

Картеры компрессоров транспортных холодильных машин изготавливают из алюминиевых сплавов.

Цилиндры

В рабочей полости цилиндра осуществляется рабочий процесс компрес-

сора.

Каждый цилиндр может быть изготовлен отдельно (рис. 3.4 а) как это имеет место у крупных компрессоров, или несколько цилиндров в одной детали - блок цилиндров (рис. 3.4 б).

Блочное изготовление цилиндров получило широкое распространение в конструкциях, малых, средних и крупных компрессоров. При блочном расположении цилиндров уменьшаются габаритные размеры компрессора, механизм движения выполняется более компактным, повышается жесткость картера и блока цилиндров, а также упрощается технологический процесс обработки цилиндров.

Рис. 3.4. Цилиндр и блок цилиндров

Цилиндры компрессора охлаждаются воздухом или водой. Для улучшения условий а б охлаждения цилиндров воздухом увеличивают

наружную поверхность цилиндров или блока цилиндров с помощью оребрения (рис. 4б, левая сторона). Для охлаждения цилиндров водой делают водяную рубашку, через которую протекает охлаждающая вода (рис. 3.4б, правая сторона). Водяная рубашка окружает цилиндры со всех сторон, чем достигается равномерный и эффективный отвод тепла от стенок цилиндра.

Цилиндры крупных компрессоров, особенно двойного действия, изготавливают со специальными полостями для установки клапанов.

Цилиндры и блоки цилиндров отливают из высокопрочного чугуна марок СЧ 21-40 или СЧ 24-44.

157

Большое значение для длительной эксплуатации компрессора играет качество отливки в месте расточки цилиндров, чистота окончательной обработки поверхности цилиндров, что достигается шлифованием рабочей поверхности цилиндра, - зеркала цилиндра. Цилиндры и блоки цилиндров испытывают гидравлически при давлении 1,6 МПа на плотность.

Рис. 3.5. Установка цилиндровой гильзы: 1- цилиндр: 2 - гильза; 3 - резиновое уплотнительное кольцо

В цилиндрах 1 (рис. 3.5) блоккартеров устанавливают сменные гильзы 2. В крупных компрессорах сменные гильзы, используют для исправления брака литья. Гильзы в блоккартерах устанавливают по скользящей посадке и уплотняют их резиновыми кольцами 3.

В цилиндрах крупных компрессоров гильзы установлены на легкопрессовой посадке.

Гильзы изготавливают из стали или легированного чугуна, во время эксплуатации износ гильз меньше, чем чугунных цилиндров, и поэтому межремонтный срок работы компрессоров больше. Ремонт компрессоров с гильзами проще, поскольку сводится к замене гильз.

Блоки цилиндров или отдельные цилиндры компрессоров могут быть изготовлены из алюминиевых сплавов с установкой цилиндровых стальных гильз.

Головки блоков цилиндров

Цилиндры и блоки цилиндров закрываются крышками, которые крепятся шпильками,

Крышкой, называют деталь, которой закрывают цилиндры крупных компрессоров. Часто в крышках устанавливают клапаны. С помощью крышки через буферную пружину прижимают нагнетательные клапаны к цилиндру прямоточного компрессора.

Головкой цилиндра или блока цилиндров называют деталь, которой закрывают цилиндры или блоки цилиндров непрямоточных компрессов. Головка цилиндра или блок цилиндров разделена перегородкой на полости всасывания и нагнетания. В полости всасывания, расположены клапаны всасывания, а в полости нагнетания - нагнетательные.

На крышках и головках цилиндров предусмотрены фланцы для крепления запорных вентилей или патрубков, соединяющих цилиндры компрессора со всасывающими и нагнетательными трубопроводами холодильной машины.

Крышки и головки цилиндров изготавливают литьем из чугуна марки СЧ 18-36 или алюминиевых сплавов. Они проходят гидравлические и пневматические испытания совместно с цилиндрами.

Для охлаждения крышек или головок цилиндров делают оребрение с наружной поверхности при воздушной системе охлаждения или рубашку при охлаждении водой.

в процессе сжатия и разделения сторон высокого и низкого давления компрессора.

Рис. 3.7. Кольцевой пластинчатый клапан: 1 – клапанная пластина; 2 – седло; 3 - клапанная пружина; 4 – ограничитель подъема клапанной пластины; 5 – клапанный болт

От конструкции и работы клапанов в значительной мере зависит и эффективная работа компрессора. По функциональному назначению клапаны делят на всасывающие и нагнетательные. В компрессорах применяют только самодействующие клапаны.

Клапан состоит из клапанной пластины - 1 (рис. 6), седла - 2, клапанной пружины - 3, ограничителя подъема клапанной пластины - 4 и клапанного болта – 5.

Клапанная пластина является запорным органом и перекрывает проходные каналы клапана при прижатии ее к седлу. Она должна плотно прилегать

ния масляной пленки между седлом и клапанной пластиной.

Клапанная пружина предназначена для предварительного прижатия клапанной пластины к седлу.

Высоту подъема клапанной пластины устанавливают с помощью ограничителя 4. Болт 5 стягивает все элементы клапана.

159

Рис. 3.8. Клапанные пластины: а - кольцевые; б – полосовые; в - пятачковые; г - дисковые; д - лепестковые

В поршневых компрессорах получили широкое распространение пластинчатые клапаны. В зависимости от формы пластины их делят на кольцевые (рис. 3.8), полосовые, пятачковые, дисковые, лепестковые. Если в клапанах с кольцевыми пятачковыми пластинами возвращение и первоначальное прижатие пластин осуществляется клапанной пружиной, то в клапанах с полосовыми, дисковыми и лепестковыми пластинами - за счет сил упругости самих клапанных пластин. К клапанам предъявляются следующие основные требования:

1.Максимально возможная площадь проходного сечения клапанов для уменьшения скорости течения пара холодильного агента и гидравлического сопротивления;

2.Минимальный перепад давлений, необходимый для открытия клапана, для уменьшения энергетических затрат;

3.Своевременное закрытие клапана, в конце процессов всасывания и нагнетания для предотвращения перетечек пара холодильного агента;

4.Динамическая и статическая плотность клапана;

5.Минимальный мертвый объем;

6.Высокая прочность и износостойкость;

Средняя скорость Vср пара холодильного агента в клапане может быть подсчитана из условия неразрывности струи при движении поршня:

Vср FП СП , Sкл

где: FП - площадь поршня, м2; СП - средняя скорость поршня, м/с; Sкл - проходное сечение клапана, м2.

Среднее значение скорости пара холодильного агента в минимальном проходном сечении клапана не должно превышать 35 м/с.

Гидравлическое сопротивление клапана пропорционально квадрату средней скорости пара холодильного агента.

Кольцевые клапанные пластины изготавливают из легированных хромистых сталей. Полосовые, дисковые и лепестковые пластины штампуют из листовой стали марок 40 или 45 или чугуна марок СЧ 21-40 или СЧ 24-44.

Механизм движения

Механизм движения состоит из нескольких элементов: коренного вала, шатунов, поршней и поршневых пальцев. Он служит для превращения враща-