авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Разработка и исследование героторного компрессора с полным внутренним сжатием

На правах рукописи

Мустафин Тимур Наилевич

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕРОТОРНОГО

КОМПРЕССОРА С ПОЛНЫМ ВНУТРЕННИМ СЖАТИЕМ

05.04.06 – Вакуумная, компрессорная техника и пневмосистемы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Казань – 2011

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет» (ФГБОУ ВПО «КНИТУ»)

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Хисамеев Ибрагим Габдулхакович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент Бурмистров Алексей Васильевич кандидат технических наук, Садыков Альфред Файзрахманович

Ведущая организация: ОАО «ВНИИхолодмаш-Холдинг», г. Москва

Защита состоится «28» октября 2011 г. в «14» часов на заседании диссертационного совета Д 212.080.11 ФГБОУ ВПО «КНИТУ» по адресу: 420015, г. Казань, ул. К. Маркса, 68 (зал заседаний Ученого совета).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «КНИТУ».

Автореферат разослан «…..» ………………… 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета А.В. Герасимов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Компрессорные машины, как источники сжатого газа, нашли широкое применение в различных отраслях промышленности. Создание новых высокоэффективных технологических процессов немыслимо без совершенствования технологического оборудования, в том числе компрессорного.

Техническое совершенство применяемых компрессоров во многих случаях определяет экономичность, надежность и безопасность установок в целом.

В областях малой и средней производительности широкое распространение получили объемные роторные машины в связи с их преимуществами: уравновешенностью, простотой конструкции, хорошими массогабаритными показателями. Данный класс машин образован большим количеством конструктивных схем, отличных друг от друга как по кинематике движения рабочих органов, так и по исполнению профильных поверхностей роторов. Данное разнообразие объясняется попытками устранения технологических недостатков, присущих практически всем известным конструктивным схемам роторных машин и улучшению их эксплуатационных и энергетических показателей.

Настоящая работа посвящена созданию и исследованию прямозубого роторного компрессора с внутренним зацеплением и впрыском масла в рабочую полость.

Цели и задачи работы:

1. Разработка конструкции компрессора, изготовление, проверка работоспособности и экспериментальное определение его характеристик на различных режимах работы.

2. Разработка методики расчета геометрических параметров рабочей полости компрессора.

3. Разработка математической модели рабочих процессов исследуемого роторного компрессора, позволяющей вести расчёт энергетических показателей, с учетом впрыска масла в рабочую полость.

4. Теоретический анализ влияния геометрических параметров проточной части компрессора на его энергетические показатели.

5. Сопоставление экспериментальных и теоретических параметров компрессора.

6. Сравнение энергетических показателей компрессора с другими типами роторных компрессоров.

7. Анализ влияния геометрических параметров на энергетические и объёмные показатели компрессора и выработка рекомендаций по их выбору.

Научная новизна работы. Предложена конструктивная схема нового роторного компрессора с полным внутренним сжатием.

Впервые получены экспериментальные характеристики нового компрессора. Разработаны методики и алгоритмы расчета координат теоретических и действительных профилей роторов, координат точки сопряжения профилей, объема рабочей полости, образуемых профильных зазоров между роторами для их произвольного положения. Разработана математическая модель процесса в рабочей полости машин «объемного» принципа действия с учетом реальных свойств компримируемой среды и ее взаимодействия с впрыскиваемым в полость маслом. На основе предложенной математической модели процесса в рабочей полости разработана и реализована математическая модель героторного компрессора. Предложены методики расчета газовых сил и моментов, действующих на роторы и потерь мощности на трение роторов о газомасляную смесь.

Практическая значимость работы. Значимость полученных результатов состоит в том, что, пользуясь ими, можно спроектировать типоразмерный ряд промышленных образцов компрессоров.

Разработанный методологический подход при описании геометрических параметров рабочей полости, а также предложенные уравнения могут быть распространены и на другие типы роторных машин.

Реализация работы в промышленности. Разработанные методики расчета координат профилей роторов и объема рабочей полости героторной машины внедрены в конструкторскую и расчетную практику ЗАО «НИИтурбокомпрессор им. В.Б. Шнеппа».

обеспечена Достоверность полученных результатов применением общепринятых методов исследования характеристик компрессоров объемного принципа действия, основанных на проведении и обработке результатов экспериментов, а также применением математической модели рабочего процесса.



Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на XIV и XV Международных научно технических конференциях по компрессорной технике г. Казань в 2007 г. и 2011 г.;

на Международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Инновационные разработки в области техники и физики низких температур» г. Москва в 2010 г.;

на научно техническом совете ЗАО «НИИтурбокомпрессор им. В.Б. Шнеппа» г.

Казань в 2011 г.;

ежегодных научных сессиях КНИТУ (КГТУ).

Публикации. По теме диссертации опубликовано десять работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Работа изложена на 137 страницах машинописного текста, содержит 56 иллюстраций и 4 таблицы. Список использованной литературы включает 107 наименований. В приложении представлен акт о внедрении результатов диссертационной работы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении излагается назначение, область применения роторных компрессоров, обосновывается актуальность темы диссертации, раскрывается научная новизна выполненной работы.

Первая глава носит обзорно-постановочный характер и состоит из трех разделов.

В первом разделе представлен обзор существующих конструкций роторных компрессоров с их сравнительным и критическим анализом, представлена принципиальная схема образования рабочих камер героторного компрессора (рис. 1).

Образование рабочих камер переменного объема V в данной схеме производится между профильными поверхностями внутреннего и наружного роторов. В торцевом направлении камеры ограничены крышками.

Исходный профиль связан с наружным ротором. Геометрически он является в поперечном сечении дугой окружности радиусом r.Центр окружности находится на расстоянии e от оси наружного ротора.

Наружный ротор вращается вокруг оси О2 с угловой скоростью 2.

Совместно с наружным ротором внутренний ротор вращается вокруг оси О1 с угловой скоростью 1. Оси взаимно смещены на величину эксцентриситета e. При вращении исходные окружности образуют сопряженные профили в виде огибающих кривых этого семейства.

В реальной схеме окружности можно представить в виде поперечного сечения роликов, которые вставлены в расточки при вершинах наружного ротора. Эти ролики в пределах угла обкатывают профиль внутреннего ротора, имея возможность вращения каждый в своей расточке. Функционально наружный ротор одновременно играет роль сепаратора, разделяющего все пространство Рис. 1. Схема образования рабочих камер героторного компрессора и кинематики роторов между роторами и крышками на отдельные камеры. В технологическом отношении такая конструкция может быть реализована с использованием станков общего машиностроительного профиля.





Во втором разделе приводятся уравнения для расчета процессов с переменной массой рабочего тела. Выделяются четыре вида систем уравнений, предложенных Н.А. Глаголевым, А.М. Тарасовым, М.А. Мамонтовым и П.И. Пластининым. Первые три уравнения описывают непосредственное изменение давления и температуры в рассматриваемой термодинамической системе и базируются на свойствах идеального газа, последняя система описывает изменение внутренней энергии и массы термодинамической системы. Приведены работы и организации, использующие тот или иной вид уравнений.

В третьем разделе на основе выполненного анализа сформулированы цели и задачи теоретического и экспериментального исследования.

Вторая глава посвящена методике расчёта геометрических характеристик компрессора и состоит из восьми разделов.

Первый раздел посвящен обзору существующих методик расчета теоретических профилей роторов.

Второй раздел посвящен выводу уравнения теоретического профиля внутреннего ротора. Вывод уравнения основан на известной методике отыскания сопряженных профилей путем раскрытия якобиана. Уравнение теоретического профиля внутреннего ротора имеет вид:

r sin 1 X 2 OA cos k 1 r cos k 1 arctg 1H e cos i21 r1H cos 1 OA, (1) r1H sin 1 Y2 OA sin k 1 r sin k 1 arctg r cos OA e sin i21 1H где e – эксцентриситет роторов;

r – радиус роликов наружного ротора;

OA – расстояние от центра наружного ротора до центра роликов;

r1H радиус делительной окружности наружного ротора;

i21 Z1 2 Z 2 передаточное отношение;

k i21 1 - вспомогательный параметр;

Z1 число зубьев внутреннего ротора;

1 и 2 - углы поворота от исходного положения, соответственно наружного и внутреннего роторов.

Уравнение (1) позволяет получить массив координат теоретического профиля внутреннего ротора, для этого 1 должен 0 2 Z1.

меняться в пределах В данном разделе предложен перевод уравнений профиля из декартовой системы координат в полярную с использованием кубического сплайна.

Третий раздел посвящен выводу уравнений линии зацепления роторов. Вывод данного уравнения в целом аналогичен выводу уравнения теоретического профиля внутреннего ротора, оно имеет вид:

r1H sin 1 X K OA cos 1 r cos 1 arctg r1H cos 1 OA.

(2) r1H sin 1 YK OA sin 1 r sin 1 arctg r cos OA 1H Четвертый раздел посвящен разработке методики расчета координат точек теоретического профиля наружного ротора. В данном разделе предложено использование метода профильных нормалей.

Аналитический вывод уравнения теоретической профильной кривой наружного ротора посредством раскрытия якобиана сопряжено с рядом сложностей, основной из которых является то, что в качестве параметра формы на внутреннем роторе изначально используется угол поворота наружного ротора. Следовательно, раскрытие якобиана с целью установления взаимосвязи между параметром формы профиля и углом поворота ротора теряет всякий смысл, т.к. данная взаимосвязь установлена параметрическим уравнением исходного (внутреннего) профиля, преобразование которого в подвижную систему координат, жестко связанную с наружным ротором, даст видоизмененное уравнение ролика в параметрической форме. Решение поставленной задачи осуществляется численным способом, для чего уравнение семейства нормалей к профилю записывается в виде:

dX 2 ( 2 ) d 2, (3) y ( x, 2 ) ( X 2 ( 2 ) x) Y2 ( 2 ) dY2 ( 2 ) d где 2 – параметр формы профиля, х – произвольная координата, принадлежащая нормали.

Искомая нормаль должна проходить через полюс зацепления, положение которого описывается системой:

Xp ( 2 ) r1H cos( 2 ). (4) Yp ( 2 ) r1H sin( 2 ) Совместное решение уравнений (3) и (4) позволяет найти зависимость угла поворота ротора от угла точки его профиля (в полярной системе координат ротора), находящейся в контакте: 2 f ( 2 ). При этом следует учитывать то, что уравнение (3) является уравнением прямой, а уравнение (4) – уравнением делительной окружности ротора, т.е. в общем случае данная задача сводится к задаче нахождения точек пересечения прямой с окружностью. Из получаемых двух точек истинной является наиболее близкая к профилю.

Пятый раздел посвящен отысканию координат действительных профилей роторов. В данном разделе представлены методики замены профильной поверхности наружного ротора дугами окружности, методики расчета координат заниженного профиля внутреннего ротора, представлено описание технологической оснастки и методика определения углового люфта и отклонения угла поворота ведомого ротора от номинального.

Замена профильной поверхности наружного ротора дугами окружности позволила ограничить область контакта роторов только роликами.

Координаты заниженного профиля внутреннего ротора определяются с помощью системы уравнений (1) путем корректировки значений входящих в нее членов. Для изготовления такого ротора предусмотрено использование специально разработанной технологической оснастки, состоящей из приспособления (рис. 2).

Приспособление придает планетарное движение заготовке, эмитируя движение внутреннего ротора относительно системы координат, жестко связанной с наружным ротором. Заготовка 1 закреплена на посадочной поверхности 11 планшайбы 2, вращающейся на подшипниках 4 и 5 и жестко закреплённой с шестерней 3. Подшипники 4 и 5 установлены на кривошипе вала 8. Шестерня 3 находится в зацеплении с наружными шестернями 6 и 7, использование которых в паре позволяет выставлять более точный угловой люфт в зацеплении в процессе сборки приспособления при менее жестких требованиях к изготовлению зубчатой передачи. Оси шестерней 6 и 7 совпадают с осью вала 8, а вращение вала происходит в подшипниках 9 и 10.

Привод вала осуществляется вручную через червячную передачу с червяком 12 и червячным колесом 13. Решение о применении ручного привода продиктовано экспериментальным производством, при серийном использовании привод можно осуществлять от мотор Рис. 2. Продольный разрез Рис. 3. Внешний вид приспособления приспособления редукторов. Внешний вид приспособления представлен на рис. 3.

Методика определения углового люфта и отклонения угла поворота ведомого ротора от номинального положения основана на отыскании двух ближайших точек двух роторов с одинаковыми радиус координатами. Разница угловых координат данных точек и есть величина отклонения угла поворота внутреннего ротора. Основной сложностью применения представленной методики в данной схеме является то, что теоретические профили имеют число точек касаний роторов, соответствующее числу зубьев наружного ротора, следовательно, угол недоворота должен определяться в сочетании с каждым из роликов, истинным является наименьший из полученных углов.

Шестой раздел посвящен разработке методики расчета объема рабочей полости от угла поворота приводного вала компрессора.

Предложенная методика базируется на численном интегрировании уравнений профилей, записанных в единой полярной системе координат, путем аппроксимации массива координат кубическим сплайном.

В седьмом разделе представлена методика отыскания профильных зазоров с учетом угла недоворота, определенного по методике из пятого раздела текущей главы. Профильный зазор определяется как минимальное расстояние по нормали к профилю наружного ротора между двумя ближайшими точками двух роторов.

В восьмом разделе приведены зависимости для определения кривизны профиля, скорости скольжения, координат центра масс рабочей полости. Данные величины характеризуют зацепление и необходимы для последующего математического моделирования компрессора.

Третья глава работы состоит из двух разделов и посвящена математической модели героторного компрессора.

В первом разделе приведен вывод системы уравнений, описывающей процессы с переменной массой рабочего тела, учитывающие реальные свойства рабочего тела. При выводе уравнений приняты следующие допущения: среда в рассматриваемом контрольном объёме непрерывна и однородна;

изменение параметров среды по всему контрольному объёму происходит мгновенно и одновременно;

изменением кинетической энергии и энергией, связанной с положением в контрольном объёме, пренебрегаем.

Предлагаемая система уравнений имеет вид:

v l ink dm dQ s P dV v l dm n dm уj cp nk nk v v T d k 1 d l 1 d dP V cp k 1 d d T d P i v s v T v T, (5) P v T cP v T v l ink dm dQ P i dV v l dm n dm уj v nk nk v T d k 1 d l 1 d V cp k 1 d d v T dT d P i v v v s T T P v T cP v T где i – удельная энтальпия;

s – удельная энтропия;

v – удельный объем, V – полный объем, занимаемый рабочим телом;

с i - мгновенная P T P dmхх изобарная теплоемкость, - угловая скорость;

- мгновенный d массовый расход через окно или щель (индекс «п» означает притечку рабочего тела, а индекс «у» - утечку);

dQ - тепловой поток, подводимый к d газу.

Система (5) может быть решена, если известны уравнения i f1 p;

T, cP f 2 p;

T, v f 3 p;

T и др., в качестве которых могут быть использованы полиномы термодинамических свойств, эмпирические зависимости или какие-либо другие уравнения свойств газа. В настоящей работе для их определения использовался электронный пакет расчета термодинамических и теплофизических свойств холодильных агентов, разработанный сотрудниками кафедры «Энергетическое машиностроение» Технического университета Дании.

Второй раздел содержит описание применения предложенных уравнений к рабочим процессам в героторном компрессоре и описание методики учета впрыска масла в рабочую полость, а также его взаимодействия с компримируемой средой.

Построение математической модели героторного компрессора выполнено при следующих допущениях: давления во всасывающем и нагнетательном патрубках приняты постоянными, т.е. на всасывании и нагнетании компрессор сообщен с полостями неограниченно большого объема, и дискретная подача газа не отражается на изменении давления в них;

рабочее тело в пределах рассматриваемой полости принимается однородным, т.е. его параметры одинаковы для любой точки, а перемешивание поступающего в рабочую полость и находящегося в ней рабочего тела происходит мгновенно;

предполагается, что суммарная торцевая щель между роторами в процессе работы компрессора равномерно разбивается на две части;

утечка компримируемого газа через торцевое уплотнение компрессора и другие неплотности корпуса компрессора не учитывается;

ввиду того, что процессы в рабочих полостях протекают одинаково и смещены по углу поворота ротора, рассматривается только одна рабочая полость.

Последнее вызывает необходимость вести расчет итерационным способом, используя при этом индикаторную и температурные диаграммы предыдущего приближения. Параметры в смежных полос тях в расчетах каждого приближения приняты такими же, как и в дан ной полости на соответствующем угле поворота в предыдущем прибли жении.

В качестве начальных условий для первой итерации принимаются: давление и температура рабочего тела в начале процесса сжатия равными параметрам всасывания;

температура нагнетания выбирается из условия адиабатного сжатия;

давления и температура в процессах всасывания и нагнетания постоянны. Для первой итерации принимается мгновенное выравнивание параметров рабочего тела в рабочей полости с параметрами в полостях всасывания и нагнетания при сообщении рабочей полости с ними. Масса масла в рабочей полости для первой итерации определена из условия постоянства концентрации, а его температура равна температуре газа. Процессы сжатия и расширения рабочего тела в первой итерации принимаются адиабатными. Итерации повторяются до тех пор, пока максимальное расхождение по давлению рабочего тела между итерациями не станет меньше 1 кПа, а по температуре – 0,6 К.

Для описания теплообмена масла с газом принимается следующий ряд допущений: масло в рабочей полости находится в виде капельной монодисперсной среды, равномерно распределенной по всему объему рабочей полости, с характерным размером по Заутеру;

капли масла в рабочей полости между собой не взаимодействуют;

внутренняя энергия капель для любого момента времени одинакова, изменение внутренней энергии всех капель происходит одновременно и одинаково по всему объему рабочей полости;

перераспределение капель по объему рабочей полости происходит мгновенно;

градиент температур по объему капли пренебрежимо мал;

в силу малости парциальных давлений насыщенных паров масла, изменение массы капель, вызванное их испарением или конденсацией, не учитывается.

Для замыкания и описания взаимодействия рабочего тела с маслом система уравнений (5) с учетом принятых допущений должна быть дополнена следующими уравнениям:

dmm 1 n dmmi, (6) d d i T 20 dm FК К Т Т т cm Tт C m 293,15 Tт m, (7) d dTm 1 cm 1 C Tт 293,15 mm d m dV dVM dmm dT m. (8) 20 m d m e (Tm 293,15) d m e (Tm 293,15) d d где dmmi - мгновенный массовый расход масла через i-ую щель d принимается со знаком «+», если массоприток идет в рабочую полость, и со знаком «-», если массоприток идет из рабочей полости;

mm - масса масла в полости, Т т - температура масла;

cm - теплоемкость масла при 20С;

m - плотность масла при 20С;

К - коэффициент теплоотдачи от капель масла к рабочему телу;

FК - суммарная площадь поверхности всех капель масла в рабочей полости;

, C температурные коэффиценты плотности и теплоемкости масла.

Расход газомасляной среды через щели проводился по методу В.И. Алешина, а расход газомасляной среды через окна – по зависимостям адиабатного истечения «псевдогаза» с учетом коэффициентов расхода окон.

посвящена расчету энергетических Четвертая глава характеристик компрессора и состоит из трех разделов.

Первый раздел посвящен расчету газовых сил и моментов от них. В данном разделе предложено вести записи уравнений в векторной форме, что делает предлагаемую методику универсальной и легко адаптируемой под другие типы роторных компрессоров, а также легко реализуемой в виде программ на ЭВМ.

Второй раздел главы посвящен расчетам потерь мощности на трение роторов о газомасляную смесь, базирующихся на понятии «псевдогаза» для среды, располагаемой в зазорах, а также на предположении о течении среды в зазоре близком к течению Куэтта.

Уравнения, полученные в первом и втором разделе данной главы, необходимы для учета подвода теплоты к рабочей полости, т.е. для учета их в математической модели.

Третий раздел посвящен расчету энергетических и объемных характеристик компрессора, на основе рассчитанных индикаторных и температурных диаграмм.

Пятая глава посвящена экспериментальному исследованию героторного компрессора и состоит из четырех разделов.

В первом разделе описаны объект экспериментального исследования, экспериментальный стенд и метрологическое оборудование.

Во втором разделе описаны контролируемые параметры и приведена методика обработки результатов.

Третий раздел посвящен оценке погрешности измерений и точности обработки результатов экспериментов, а также проведено сопоставление расчетных и экспериментальных характеристик. Оценка погрешности измерений и точности обработки результатов экспериментов показали, что абсолютная и относительная погрешности этих величин, определяемых расчетом, находятся в допустимых пределах. Наибольшие относительные погрешности измерения внешних характеристик компрессора составили: по коэффициенту подачи V - 3,5 % ;

по изотермическому КПД T – 3,4 % ;

по эффективной мощности компрессора NЕ – 4,2 %.

четвертом разделе проведен анализ полученных В экспериментальных характеристик компрессора и сопоставление их с результатами, полученными при математическом моделировании.

Хорошая сходимость экспериментальных и расчетных данных свидетельствует о достоверности теоретических выкладок предыдущих глав и позволяет сделать следующие выводы: разработанная математическая модель с достаточной степенью точности моделирует физические процессы, происходящие при сжатии газа в героторном компрессоре;

математическая модель может быть использована при анализе влияния изменения рабочих режимов на основные энергетические характеристики героторного компрессора;

в связи с тем, что в основе разработанной математической модели заложены геометрические параметры героторного компрессора, модель может быть использована при сравнительной оценке влияния данных параметров на его энергетические характеристики.

Шестая глава посвящена анализу влияний геометрической степени сжатия, величин зазоров, а также влияния величины эквидистантного занижения профиля внутреннего ротора на энергетические и объемные характеристики компрессора. Также в данной главе представлен сравнительный анализ характеристик различных типов компрессоров с исследуемым. Анализ результатов теоретического и экспериментального исследования выявил ряд конструктивных недостатков. Выработаны рекомендации по их устранению при дальнейшем совершенствовании предлагаемой схемы роторного компрессора.

Для оценки технического уровня исследуемого компрессора проведено сравнение его показателей с существующими компрессорами с впрыском масла в рабочую полость. В качестве образцов для сравнения выбраны компрессоры, область применения, условия эксплуатации и производительность которых сопоставима с экспериментальным образцом героторного компрессора 0,3 2 м / мин. В качестве образцов для сравнения выбраны спиральный компрессор СХ 4-3-2 и винтовой компрессор Рис. 4. Зависимость Рис. 5. Зависимость коэффициента подачи V от изотермического КПД T от степени сжатия степени сжатия компрессоров различных типов компрессоров различных типов ВВ-2/9 разработки ЗАО «НИИтурбокомпрессор имени В.Б. Шнеппа», а также пластинчато-роторный компрессор DP 2.100 зарубежной фирмы Becker. Результаты представлены на рис. 4 и 5 в виде графиков зависимостей коэффициента подачи и изотермического КПД от степени повышения давлений. Анализ конструкции показывает, что исследуемый компрессор более технологичен в изготовлении по сравнению со спиральными и винтовыми компрессорами.

Сопоставительный анализ зависимостей энергетических характеристик и характеристик производительностей различных компрессоров позволяет сделать вывод о том, что предлагаемая схема компрессора конкурентоспособна как со спиральными, так и с винтовыми компрессорами, при устранении выявленных недостатков.

ВЫВОДЫ 1. Анализ существующих на сегодняшний день работ показал актуальность и целесообразность дальнейшего совершенствования роторных машин с внутренним зацеплением роторов.

2. Разработана методика расчета сопряженного окружного теоретического профиля внутреннего ротора и линии зацепления в зависимости от геометрических параметров наружного ротора.

Проведен анализ целесообразности использования полученных профилей роторов в рассматриваемой схеме компрессора.

3. Разработана методика расчета координат действительного профиля внутреннего ротора.

4. С целью уменьшения предварительной работы по подготовке исходных данных, для использования их в математической модели роторного компрессора разработана методика расчёта зависимости объёма рабочей полости и её производной от угла поворота ротора.

Особенностью предложенной методики является её универсальность и пригодность для расчёта произвольного типа профилей роторов с внутренним зацеплением.

5. Разработана методика расчёта сил и моментов, действующих на роторы компрессора, от давления газа для произвольного типа профилей роторов, что делает предлагаемую методику универсальной, и позволяет производить уточненный расчёт подшипников и шестерен связи роторов (если таковые имеются) практически для любых видов роторных машин.

6. Разработана математическая модель, описывающая термодинамические процессы, происходящие в полостях компрессора. Математическая модель позволяет учитывать массообмен между полостями компрессора;

реальные свойства компримируемой среды, которые можно задавать в виде аппроксимирующих зависимостей;

теплообмен компримируемой среды с впрыскиваемым маслом;

изменение параметров масла в рассматриваемой полости, а также ее загромождение маслом.

Математическая модель представлена в виде системы обыкновенных дифференциальных уравнений.

7. С целью теоретического анализа влияния геометрических параметров на энергетические показатели и производительность разработана математическая модель героторного компрессора с внутренним зацеплением роторов. Модель базируется на системе дифференциальных уравнений термодинамики переменной массы, описывающей изменения параметров сжимаемого газа в рабочем процессе.

8. Проведены экспериментальные исследования героторного компрессора. Сравнение теоретических и экспериментальных характеристик позволяет сделать вывод о хорошей качественной и количественной сходимости результатов и возможности использования разработанной математической модели для исследования влияния отдельных параметров на показатели ком прессора. Установлено, что в наибольшей степени на энергетические показатели и производительность компрессора оказывает величина зазора между газораспределителем компрессора и сепаратором.

9. Проведен анализ влияния различных зазоров на энергетические и объемные показатели машины, позволяющий назначать оптимальные их величины. Величина зазоров для исследуемого компрессора при расходе масла 0,008 л/с должна выбираться в пределах от 0,05 до 0,08 мм. При увеличении расхода масла должны назначаться большие величины зазоров (предел может быть увеличен до 0,1 мм).

10. Проведен анализ влияния геометрической степени сжатия на энергетические и объемные показатели машины, который выявил наличие оптимальных значений для конкретного режима. В частности, геометрическая степень сжатия Г 2, 4 исследуемого образца при расходе масла 0,008 л/с и частоте вращения приводного вала n1 2200 об. является оптимальной для номинальных мин.

режимов работы компрессора со степенью сжатия 3...4.

11. Наряду с хорошими энергетическими и массогабаритными ха рактеристиками исследуемый компрессор обладает преимуществами в изготовлении. Применяемые в компрессоре роторы имеют прямозубую форму постоянного сечения. Разработано технологическое приспособление для обработки профильных и эквидистантных к ним поверхностей на металлорежущих станках общепромышленного назначения, что позволяет уменьшить себестоимость их изготовления.

Основное содержание работы

отражено в следующих публикациях 1. Публикации в центральных изданиях, включенных в перечень периодических изданий ВАК РФ:

1. Васильев, А.В. Расчет окружного профиля героторного компрессора/ А.В. Васильев, Т.Н. Мустафин// Холодильная техника – 2011 - №1 – С.41-45.

2. Мустафин, Т.Н. Уравнение и анализ теоретического профиля героторного компрессора / Т.Н. Мустафин, М.С. Хамидуллин, И.Г.

Хисамеев, Г.Н. Чекушкин // Компрессорная техника и пневматика – 2009 – №3 – С. 19-21.

3. Мустафин, Т.Н. Методика определения профильных зазоров в героторном компрессоре с окружным профилем / Т.Н. Мустафин, М.С. Хамидуллин, И.Г. Хисамеев, Г.Н. Чекушкин // Компрессорная техника и пневматика – 2010 – №8 – С. 13-16.

4. Мустафин, Т.Н. Математическое описание термодинамических процессов в объемных компрессорах с впрыском масла в рабочую полость / Т.Н. Мустафин, В.В. Акшинская, М.С. Хамидуллин, И.Г.

Хисамеев, Г.Н. Чекушкин. // Вестник Казан. технол. ун-та – 2011– № 5 – С. 96-103.

2. Публикации в других изданиях:

1. Васильев, А.В. Окружной профиль героторного компрессора / А.В.

Васильев, Т.Н. Мустафин // Тезисы докладов международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Инновационные разработки в области техники и физики низких температур» – 2010 – С.38-41.

2. Мустафин, Т.Н. Разработка конструкции и параметрический анализ схем компрессора роликового типа / Т.Н. Мустафин, М.С.

Хамидуллин, Г.Н. Чекушкин // Тезисы докладов XIV международной научно-технической конференции по компрессорной технике – 2007 – С. 3. Мустафин, Т.Н. Анализ геометрии профилей роторов героторного компрессора / Т.Н. Мустафин, М.С. Хамидуллин, И.Г. Хисамеев, Г.Н. Чекушкин. // Вестник Казан. технол. ун-та – 2010 – № 10 – С.

287-292.

4. Мустафин, Т.Н. Методика испытаний героторного компрессора / Т.Н. Мустафин, М.С. Хамидуллин, И.Г. Хисамеев, Г.Н. Чекушкин // Аннотации сообщений научной сессии КГТУ – 2011 С. 150.

5. Мустафин, Т.Н. Математическая модель процессов в компрессорах объемного принципа действия с впрыском масла в рабочую полость /Т.Н. Мустафин, В.В. Акшинская, М.С. Хамидуллин, И.Г. Хисамеев, Г.Н. Чекушкин // Труды XV Международной научно-технической конференции по компрессорной технике – Казань – 2011 – Том 1 – С. 82-92.

6. Мустафин, Т.Н. Регулирование производительности героторного компрессора / Т.Н. Мустафин, А.В. Васильев, М.С. Хамидуллин, Г.Н. Чекушкин // Труды XV Международной научно-технической конференции по компрессорной технике – Казань – 2011 – Том 1 – С. 156-163.

Соискатель Т.Н. Мустафин

 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.