Введение к работе
Актуальность темы. Применение в различных отраслях промышленности поршневых компрессоров часто сопряжено с потерями энергии в клапанах, а также с повышенными затратами на их обслуживание и ремонт. Это, в ряде случаев, является одной из причин замены поршневых компрессоров другими типами объемных машин, которые не имеют в своем составе самодействующих клапанов. Однако, учитывая опыт эксплуатации компрессоров при сжатии сухого газа с ограниченной подачей масла в рабочую камеру в области малой и средней производительности, поршневые компрессоры обеспечивают лучшие энергетические показатели и стабильную работу сравнительно с другими типами компрессоров.
В поршневых компрессорах с учетом влияния клапанов на рабочие
показатели ступени, а также по совокупности критериев
технологичности изготовления и сборки, в основном, применяются кольцевые, лепестковые, тарельчатые и дисковые клапаны. Выбор в пользу того или иного типа клапана в первую очередь определяется режимом и условиями работы. При высоких нагрузках, а также при повышенном перепаде давлений, как правило, используются кольцевые клапаны. Они устанавливаются на стороне всасывания и нагнетания ступени. В современных вариантах конструкций зачастую применяются в комбинированном исполнении с другими типами, что дает возможность более эффективно использовать объем цилиндра. Поэтому в настоящее время продолжение их исследования остается актуальной задачей.
Цель работы: математическое моделирование рабочих процессов поршневых компрессоров с учетом зон деформации пластин самодействующих кольцевых клапанов для оценки их эффективности.
Задачи работы:
-
Разработка математической модели рабочих процессов ступени поршневых компрессоров с самодействующими кольцевыми клапанами, на основе реальной формы проточной части вследствие износа клапанов.
-
Проверка разработанной математической модели путем сравнения экспериментальных и теоретически полученных данных для подтверждения возможности использования результатов моделирования и расширенного анализа работы клапанов с учетом их влияния на рабочие процессы и показатели компрессора.
-
Определение на основе полученных результатов теоретических и экспериментальных исследований влияния геометрических параметров всасывающего и нагнетательного клапанов на интегральные
характеристики ступени компрессора в зависимости от режимных параметров эксплуатации компрессора.
Научная новизна работы. В работе проанализировано влияние формы рабочих элементов клапанов с учетом возможного износа на их динамику. Разработана математическая модель рабочих процессов компрессора, отличающаяся от ранее имеющихся тем, что в нее внесены уравнения возможной деформации пластин клапанов от перепада давлений. Рассмотрено влияние реальной формы проточной части клапана на протекание рабочих процессов в ступени и на характеристики компрессора.
Практическая значимость работы. Значимость полученных
результатов заключается в том, что предложенный подход дал
возможность оценить влияние износа деталей клапана на интегральные
характеристики компрессора. Это дает основу для создания конструкций
новых клапанов и методик диагностирования их состояния по косвенным
признакам. Кроме того, результаты работы, при наличии
дополнительной информации о скорости износа рабочих элементов клапанов, могут быть использованы при назначении межремонтных интервалов.
Реализация работы в промышленности. Разработанная
математическая модель рабочих процессов поршневого компрессора, учитывающая действительную форму рабочих элементов клапанов, и программа расчета внедрены в расчетную и опытно-конструкторскую практику ЗАО «НИИтурбокомпрессор им. В.Б. Шнеппа». А также используется при подготовке бакалавров и магистров на кафедре «Холодильная техника и технология» ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет».
Достоверность полученных результатов. Достоверность
научных положений обусловлена использованием методик расчета
рабочих процессов, основанных на базовых законах сохранения энергии
и массы, а также уравнения состояния реального газа; сопоставлением
теоретических и экспериментальных результатов, полученных в данной
работе, а также с результатами, опубликованными в других
литературных источниках. Достоверность экспериментальных
исследований в настоящей работе подтверждена оценкой погрешностей измерений.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на ежегодных научных сессиях ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет» и на шести конференциях:
-XV международной научно-технической конференции по компрессорной технике (г. Казань, 2011);
-второй международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Инновационные разработки в области техники и физики низких температур» (г. Москва, 2011);
-международной конференции «Инновации в холодильной технике» (г. Москва, 2012);
-VIII международной научно-технической конференции,
посвященной 90-летию Одесской академии холода (г. Одесса, 2012);
-IХ и Х международных научно-технических конференциях молодых специалистов «Исследование, конструирование и технология изготовления компрессорных машин» (г. Казань, 2012 и 2014).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, в том числе 6 работ в центральных изданиях, включенных в перечень ВАК РФ и 2 патента на изобретения.
Структура и объем работы. В состав диссертации входит: введение, 4 раздела, заключение, список основных условных обозначений и индексов, список использованной литературы и приложения. Работа изложена на 164 страницах, содержит 76 иллюстраций и 4 таблицы. Список использованной литературы включает 125 наименований. В приложениях представлены копии патентов на изобретения и актов внедрения результатов диссертационной работы.