И циклограмма работы компрессора

Схема двухступенчатого компрессора и индикаторная диаграмма для него представлены на рис.5.3.

Рассмотрим индикаторную диаграмму первой ступени (цилиндр В, рис.5.3). Когда поршень начинает движение от ВМТ к НМТ, то в цилиндре образуется разряжение (от расширения газов в замкнутом пространстве, линия а – b). При повороте кривошипа на угол φ_р1=180 – φ_b1 (см. задание на курсовой проект) разряжение в цилиндре становится ниже атмосферного. Под действием кулачкового механизма всасывающий клапан 1 открывается и цилиндр начинает заполнятся воздухом окружающей среды (линия в – с). При перемещении поршня В в левое крайнее положение (кривошип повернулся вокруг своей оси на 180º) впускной клапан закрывается и начинается сжатие воздуха, поступающего в цилиндр (линия с – d). При достижении в цилиндре заданного давления р₁ открывается выпускной клапан 2 и воздух из цилиндра вытесняется в ресивер (линия d – a). Продолжительность открытия выпускного клапана определяется временем поворота кривошипа на угол φ_с1=180 – φ_н1. При достижении поршнем правого крайнего положения выпускной клапан закрывается. Цикл в цилиндре В завершен за один оборот кривошипного вала.

Рис. 5.3. Принципиальная схема работы двухступенчатого компрессора:

а – кинематическая схема механизма; б – индикаторная диаграмма.

Отличительная особенность работы второй ступени компрессора состоит в том, что на такте всасывания воздух в цилиндр С поступает под давлением р₁ из рессивера, сжимается до давления р₂ и дальше поступает потребителю или в другой рессивер.

В соответствии с приведенным выше описанием процессов, происходящих в цилиндрах, составим циклограмму работы компрессора. По заданию на курсовой проект продолжительность открытия впускного клапана соответствует повороту кривошипного вала на угол φ_bi, а нагнетательного – φ_нi. В это случае продолжительность процессов расширения и сжатия будет определятся поворотом кривошипа на углы

φ_pi = 180 – φ_bi; φ_ci =180 – φ_нi, (5.1)

где i – номер цилиндра компрессора.

При построении циклограммы обратите внимание на начальное расположение исполнительных звеньев. Так, в рассматриваемом примере, если поршень В начинает движение из крайнего положения, принятого за нулевое, то из-за развала осей цилиндров на 90° поршень С начнет движение из среднего положения. Вследствие этого цикл сжатия во второй ступени на циклограмме представлен в виде двух участков (табл.5.2).

В соответствии с циклограммой строятся индикаторные диаграммы в масштабе μ_р для каждой ступени компрессора, по которым определяется индикаторное давление в каждом из расчетных положений механизма.

Т а б л и ц а 5.2. Циклограмма работ двухступенчатого компрессора

П р и м е ч а н и е: В качестве примера приняты: углы открытия всасывающих клапанов (φ_в1= φ_в2 = 150°) и нагнетательных клапанов (φ_н1 = φ_н2 = 40°).

Сила Р_i, действующая на поршень, является алгебраической суммой сил, действующих на поршень со стороны рабочей полости цилиндра и со стороны картера двигателя (компрессора). Так как картер двигателя постоянно сообщается с атмосферой, то на поршень (со стороны нерабочей части) в любой момент времени (в любом положении механизма) действует сила атмосферного давления (1атм =10⁵ Н/м² = =0,1 Н/мм²). Поэтому во всех случаях поршневых машин простого действия при определении давления р_i следует учитывать атмосферное давление. Если в задании на курсовой проект в характерных точках индикаторной диаграммы размерность давления приведена в Н/мм², то расчетное давление (отсчитываемое от нулевой линии диаграммы)

р_i =У_i× μ_p × 0,1, (5.2)

где У_i – ордината индикаторной диаграммы в i-м положении поршня, мм;

μ_р – масштаб построения диаграммы, (Н/мм²)/мм.

Часто индикаторные диаграммы строятся так, что осью абсцисс является линия атмосферного давления. Тогда сила давления газов на поршень определяется по формуле

Р_i =У_i ×μ_p ×F = p_i ×π ×D²/4, (5.3)

где D – диаметр поршня, мм.

Знак силы устанавливается следующим образом: если линия действия силы совпадает с направлением движения поршня, то она положительна, в противном случае сила отрицательна.

Обратите внимание, что в ДВС направление силы и движения поршня совпадает только на такте «рабочий ход». В двухступенчатых компрессорах направление силы и движения поршня совпадают только на такте всасывания второй ступени. Рабочие машины (насосы, прессы, металлообрабатывающие станки и т. д.) являются потребителями энергии двигателей. В этих машинах вектор силы всегда направлен в сторону, противоположную движению исполнительного звена. Поэтому работа силы сопротивления всегда отрицательна.

Для одного из положений механизма приводится числовой расчет силы давления газов на каждый из поршней по формуле (5.3). Для остальных 12 (для четырехтактных двигателей внутреннего сгорания – 24) положений механизма результаты расчетов представляются в виде таблицы. Для удобства дальнейших расчетов рядом со столбцом сил следует привести значения скоростей исполнительного звена ( из результатов кинематического анализа). По полученным данным строится диаграмма сил в функции угла поворота кривошипного вала. Построение диаграммы приведено в приложении.