Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА. І.АНАВД СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ОПВДЕЛЕНИЯ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ СМЩЙСТВУЮЩЕГО КЛАНАНА ПОНШЕВОГО КОМПРЕССОРА И СИНОВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЕГО ЗАПОРНОГО ОРГАНА С ГАЗОЕЬМ ПОТОКОМ 8
1.1. Определение пропускной способности самодействующего ,клапана поршневого компрессора 8
1.2.0пределение силового взаимодействия запорного органа самодействующего клапана поршневого компрессора с газовым потоком . 21
1.З.Методн расчета параметров потока в районе запорного органа самодействующего клапана, основанные на моделировании фиаической картины течения в его проточной части 24
1.4.Цэли и постановка задачи 29
ГЛАВА 2.ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ СТРУЙ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕЧЕНИЯ РАБОЧЕГО ТЕЛА В РАЙОНЕ ЗАПОРНОГО ОРГАНА САМОДЕЙСТВУЮЩЕГО КЛАПАНА ПОРШНЕЮГО КОМПРЕССОРА 31
2.1. Расчетная модель 31
2.2.Формирование струи несжимаемой жидкости .... 35
2.3.Определение поправки на сжимаемость ...... 40
2.4.Расчетная схема движения рабочего тела в районе запорного органа однокольцевого клапана, когда точка отрыва потока не совпадает с острой кромкой седла - З
ГЛАВА З.ЭКЖРЙЖНВДЬН0Е ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ РАБОЧЕГО ТЕЛА В ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ МОДЕЛИ ОДНОКОЛЬЩВОГО ,КЛАПАНА 57
3 1. Цель эксперимента и описание экспериментального стенда 57
3.2.Методика проведения эксперимента и обработки экспериментальных данных ........ 68
3.3. Результаты экспериментальных исследований: ..... 73
ГЛАВА 4. СОПОСТАВЛЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ С РАСЧЕТНЫМИ 83
4.1. Сопоставление эпюр давления ........... 83
4.2.Сопоставление расходовых характеристик 87
4.3.Результаты сопоставления экспериментальных и расчетных данных ..... 91
ГЛАВА 5.НРИБЛЩЕННАЯ ГАЗОДИНАМИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ТЕЧЕНИЯ РАБОЧЕГО ТЕЛА В РАЙОНЕ ЗАПОРНОГО ОРГАНА ОДГОКОЛЬЦВВОГО КЛАПАНА ПОНПНЕВ0ІО КОМПРЕССОРА 100
5.1. Существование двух режимов течения 100
5.2.Соотношения, описывающие процесс формирования струи для несжимаемой жидкости 103
б.З.Приближенное исследование характера формирования струи в пространстве между седлом и запорным органом НО
5.4.Соотношения, описывающие процесс формирования ,струи в однокольпевом клапане для сжимаемого ,рабочего тела . 116
ГДАВА 6.ИШЕНЕРНАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПРОПУСКНОЙ ,СПОСОБНОСТИ ОДНОКОЛЬЦВВОГО САМОДЕЙСТВУЮЩЗП) КЛАПАНА И СИЛЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЕГО ЗАПОРНОГО ,ОРГАНА С ГАЗОЕШ ПОТОКОМ 128
6.I.Инженерная методика расчета пропускной способности однокольцевого самодействующего клапана поршневого компрессора . 128
6.2.Некоторые примеры расчета пропускной способности однокольцевого самодействующего клапана порпневого ,компрессора „ 134
6.3.Расчет газовых сил, деиствукяцих на запорный орган ,однокольцевого самодействующего клапана поршневого ,компрессора 157
ВЫВОДЫ 164
ЛИТЕРАТУРА 166
ПРИЛОЖЕНИЯ 1
- Определение пропускной способности самодействующего ,клапана поршневого компрессора
- Расчетная модель
- Цель эксперимента и описание экспериментального стенда
- Сопоставление эпюр давления
- Существование двух режимов течения
Определение пропускной способности самодействующего ,клапана поршневого компрессора
Для описания пропускной способности различных каналов методами технической газовой динамики: сопел, диафрагм, насадков, самодействующих клапанов ПК и т.д., используется уравнение Бер-нулли для установившегося одномерного течения несжимаемой жид-кос ти .Многолетний опыт эксплуаташи таких устройств показал, что это приводит к значительным ошибкам по следующим причинам: і) в проточной части профилированного криволинейного канала имеет место пространственный характер течения рабочего тела, приводящий к неравномерности эпюры скорости на его срезе; 2) наличие вязкости, приводящее к необратимым потерям кинетической энергии и зарезанию "эффективного" проходного сечения; з)в зависимости от конфигурации канала возможно появление точек отрыва потока, в результате чего его "эффективное" проходное сечение становится существенно меньше геометрического; 4)возможны режимы, когда давление на срезе становится меньше, чем давление в окружающем пространстве; в этом случае в окружающем пространстве происходит дополнительное поддатне вытекающей струи.
Для уточнения в уравнение Бернулли был введен коэффициент А1 I, названный коэффициентом расхода / б; 37 /.Его величину для сопел и конических насадков принято представлять в виде ,где бКр учитывает вязкостные потери полного давления в сужающейся части сопла до критического сечения, a -f- - неравномерность скоростного поля в узком сечении» Отмечают, что величина Окр относительно мала / 6 / : кр «= 0.98 f 0.998.
В случае простого сужающегося сопла с круто сходящимися стенками струя газа продолжает сужаться за пределами сопла, т,е. фактическое узкое сечение струи меньше узкого сечения сопла.Теоретические и экспериментальные исследования показали, что при этом на срезе сопла скорость потока меньше скорости звука и распределена по сечению сопла неравномерно.На рис.1.1 приведены линии, соединяющие точки с равными значениями числа Маха в конических сужающихся соплах с различными углами наклона стенки при критическом перепаде давлений Э = /р = 2 ( р - полное давление перед соплом, р - давление за соплом j, а на рис. 1.2 зависимость величины JU от Jtc / 135 /.Использование современных методов теоретических и экспериментальных исследований позволяют для сопла Лаваля хорошей формы получить М « 0.998 / 6 /.
Расчетная модель
Анализ конструкций однокольцевых самодействующих клапанов ПК показывает, что, как правило, высота седла существенно больше высоты подъема (С » о), а ширина запорного органа существенно) меньше его периметра Это позволяет достаточно точно для инженерной практики заменить пространственное течение рабочего тела в районе запорного органа обтеканием пластины бесконечной длины (рис.2.2) , т.е. рассматривать задачу вплоском приближении.
Основываясь на экспериментальных данных по исследованию обтекания жестких препятствий сжимаемой жидкостью (См. гл. I) , в рассматриваемой модели клапана условно выделим три характерных: обпасти (рис.2.3) : потенциального» течения I, вязкого взаимодействия вытекающей струи с окружающей массой газа при наличии поперечного градиента давления II и область вязкого взаимодействия струи с окружающей массой газа III, где можно пренебречь поперечным градиентом давления.Постулируем отрыв струй с острых кромок седла (тт.С и С) и запорного органа (тт.А и к1)»
Так как в седле самодействующего клапана течение потока характеризуется малыми скоростями, то можно предположить, что на расстояниях Х 10 Q толщина пограничного слоя существенно меньше поперечного размера седла (и й). Скорое ти значительно возрастают по величине и резко меняют направление в районе острой кромки седла, где происходит основная двухмерная перестройка потока, т.е. сосредоточен процесс формирования струи
Цель эксперимента и описание экспериментального стенда
Изложенная в плаве 2 расчетная схема течения рабочего тела в районе запорного органа однокольцевого клапана Ж сформулирована при ряде упрощающих предположений.Поэтсму возникает необходимость проведения экспериментальных исследований, целью которых является получение данных для апробации расчетной модели, выявления качественных и количественных особенностей процесса формирования струи, ее взаимодействия с окружающей массой газа, а также зависимостей, позволяющих замкнуть решение задачи.
Для этого необходимо: - определить экспериментальную эпюру давления со стороны набегающего) потока на запорном органе при различной геометрии про точной части клапана SL и -Н. и режимах течения С числе Махана входе в седло или перепаде давления на клапане) ; - определить экспериментально массовый расход рабочего тела че рез клапан при различной геометрии проточной части и режимах течения.
Экспериментальные исследования проводились на стенде, предназначенном для стационарной продувки воздушным потоком серийных и опытных конструкций самодействующих клапанов ПК, в лаборатории "Исследования поршневых компрессоров малой и средней производительности" ВНРШкомпрессормаша.Продувочный стенд, принципиальная схема которого приведена на рис.3.1, включает угловой компрессор 202 НІ 10/8 (I) , буферную» емкость (2) , водяной холодильник (3), продувочный бак (4) , успокоительное устройство (5) и модель клапана (6).В состав контрольно-измерительной аппаратуры входит:
Сопоставление эпюр давления
Сопоставление экспериментальных эпюр давления на поверхности запорного органа с расчетными проводилось ври одинаковых значениях Гу , fif , tf/ , Р , %, и % ; соответствующие расчетные соотношения приведены в главах 5 и 6 .
В результате сопоставления найдено, что при экспериментальные эпюры удовлетворительно согласуются с расчетными, получаемыми в рамках- описанной в пп. 2.1 г 2.3 струйной теории (рис. 3. II, 3.12 б, 3.12 в J .Для эпюр давления в этом режиме характерно:
1) в районе острой кромки седла (т. С) происходит резкое нарастание градиента давления 2) на кромке запорного органа давление меньше атмосферного.
Таким образом, данный режим формирования струи, названный в дальнейшем первым режимом, достаточно точно описывается соотношениями, полученными для струйной схемы течения, изображенной;, на рис.2.2.В этой схеме постулирован отрыв потока с острой кромки седла и пренебрегавтся диссипацией кинетической энергии в зоне формирования струи.Режим определяется геометрическим критерием (4.1).
Существование двух режимов течения
Результаты теоретических и экспериментальных исследований течения газового потока в районе запорного органа однокольцево-го клапана ПК позволяют разработать приближенную! газодинамическую теорию течения рабочего тела в его проточной части.Основной целью этой теории является разработка инженерных методов расчета пропускной способности клапана и силового взаимодействия его запорного органа с газовым потоком.
В однокольцевом клапане ПК при выполнении условий где 2 CL и 2 6 - ширина седла и а шорного органа, соответственно; С и О - длина проточной части седла и высота подъема запорного органа; JJCo - средний диаметр запорного органа, г для инженерной практики целесообразно выделить две характерных расчетных области (рис.5.і)
В первой области, названной условно областью формирования струи, пренебрегавтся диссипациями кинетической энергии потока. Параметры струи здесь определяются соотношениями математического аппарата, описывающего плоские струйные течения сжимаемой жидкости.
Во второй области, расположенной за запорным органом, происходит основная диссипация кинетической энергии сформировав шейся струи при ее вязком взаимодействии с окружающей массой га-за.Процессы, протекающие здесь, определяют величину депрессии давления в клапане, возможны два режима течения рабочего тела в проточной части клапана. Очевидно, эти два режима являются приближенным математическим описанием двух различных физических картин течения рабочего тела в районе запорного органа.Их исследование требует применения оптико-интерферометрической техники / 33 / и выходит за рамки данной работы. имеет место первый режим течения.Параметры формирующейся струи могут быть рассчитаны по соотношениям струйной теории, где постулируется отрыв потока с острой кромки седла (рис.5.1 а) .
