6. Расчет узлов и деталей на прочность
При проектировании компрессора в центре внимания конструктора должны находиться экономические факторы: долговечность и эксплуатационная надежность. Основные факторы, лимитирующие надежность компрессора:
• поломки деталей;
• износ трущихся поверхностей;
• повреждение поверхностей в результате действия контактных напряжений, наклепа и коррозии;
• пластические деформации деталей при повышенных температурах.
Достижение необходимой прочности в большинстве случаев не является непреодолимым препятствием. При существующем в настоящее время ассортименте конструкционных материалов и обрабатывающих технологий в сочетании с высоким уровнем развития науки о прочности возможно создание деталей и узлов компрессора с практически неограниченной долговечностью.
Основные виды износа в компрессоре:
• механический (при трении скольжения, трении качения и контактный);
• коррозионный;
• тепловой.
Главный способ повышения износостойкости при механическом износе - увеличение твердости трущихся пар, уменьшение давления на поверхности трения, повышение качества поверхности и правильная смазка.
Для ликвидации коррозии, вызываемой воздействием рабочего вещества, следует применять коррозионно-стойкие материалы или покрытия.
Тепловой износ деталей можно уменьшить за счет правильного охлаждения детали и обеспечения в парах трения жидкостной системы смазки, путем подачи масла нод давлением ко всем подвижным соединениям.
Надежность компрессора, в первую очередь, определяется прочностью и жесткостью его деталей. Рациональными способами повышения прочности без увеличения массы деталей являются:
• применение выгодных профилей и форм;
• максимальное использование прочности материала;
• равномерная нагрузка на элементы конструкции; Способы повышения жесткости:
• правильный выбор схемы нагружения;
• рациональная расстановка коренных подшипников и опор;
• использование жестких конструкционных форм.
6.1. Теоретические основы расчета
Расчет узлов и деталей компрессора на прочность носит поверочный характер. Определяются величины напряжений, удельных давлений и запасы прочности в элементах проектируемого компрессора и производятся сравнения с допустимыми значениями.
Условия прочности в этом случае представляются в виде
где
σраб и [σ] -рабочее и допустимое напряжение в расчетном сечении соответственно, Па;
qраб и [q] - рабочее и допустимое удельное давление соответственно, Па;
nраб и [n] - рабочий и рекомендуемый запас прочности соответственно..
Расчет компрессора на прочность ведут по заранее заданным расчетным режимам, достаточно тяжелым, чтобы обеспечить нормальную работу компрессора для любого потребителя.
Для расчета различных узлов и деталей поршневых компрессоров применяются три вида расчетных режимов.
Первый расчетный режим, при котором наблюдается наибольшее усилие на поршень, применяется для расчета на прочность механизма движения и других деталей. Наибольшее усилие на поршень и механизм движения наблюдается вблизи верхней мертвой точки при давлении нагнетания в цилиндре.
В компрессорах любого типа расчетное давление принимается равным (рк - ро), МПа, а расчетное усилие P=Fn (pк - po), H..
Для проектируемого компрессора в заданном температурном режиме to, tк, значение
(рк - ро) определяют из теплового расчета.
Второй расчетный режим - это режим максимальной мощности (Ne = max). По нему подбирают электродвигатель компрессора.
По третьему расчетному режиму рассчитывают литые детали. Такие детали при изготовлении, но до окончания механической обработки, испытывают пробным гидравлическим давлением на прочность. Расчетные давления для различных рабочих веществ стандартизированы (таблица 22). При использовании новых рабочих веществ (не предусмотренных стандартизацией) значения пробных гидравлических давлений ргидр должны в 1,5 раза превышать соответствующие рабочие.
