Сборник научных трудов ДонГТУ

Статья

Наименование Влияние резонансных газодинамических и термодинамических явлений во всасывающих системах на эффективность поршневых машин
Авторы Рутковский Ю. А., к. т. н., проф.
Рутковский А. Ю., к. т. н., доц.
Раздел Машиностроение и машиноведение
Год 2018 Выпуск 52 Страницы 132 - 141
УДК 621.59(075.8)
Аннотация Приведены результаты теоретического и экспериментального исследований влияния резонансных газодинамических и термодинамических явлений во всасывающих системах поршневых компрессоров с цилиндрами двухстороннего действия на важнейшие показатели их работы: производительность, потребляемую мощность, удельный расход энергии, температурные режимы. Получены резонансные эксплуатационные характеристики компрессоров типа L, широко распространённых в различных отраслях промышленности. Эти характеристики позволяют выбрать оптимальные режимы работы с максимальной производительностью и минимальным расходом энергии. Получены дифференциальные уравнения относительного изменения давления в цилиндре при всасывании с учётом дроссельных потерь давления во всасывающих клапанах и резонансных колебаний давления во всасывающей системе по второй гармонике.
Реферат Цель. Установление закономерностей между термодинамическими и газодинамическими процессами в системе «всасывающий трубопровод – всасывающий клапан – переменной объём цилиндра», обусловленными наличием потерь давления за счёт дросселирования газа в клапанах при всасывании и колебаний давления газа во всасывающем трубопроводе. Конечной целью исследований является получение резонансных эксплуатационных характеристик поршневых компрессоров, которые устанавливали бы связь между переменной длиной всасывающего трубопровода и значениями производительности, потребляемой мощности, удельного расхода, энергии и температурами газа в стандартных точках всасывания и нагнетания.
Методика. Введены относительные (безразмерные) величины, характеризующие изменение давления в цилиндре при всасывании. Для получения уравнения относительных потерь давления за счёт дросселирования был использован первый закон термодинамики, устанавливающий связь между приращением внутренней энергии газа в цилиндре как разности энтальпии поступающего газа и работы, производимой газом на перемещение поршня. Составлено дифференциальное уравнение относительных потерь давления во всасывающем клапане.
Результаты. В данной работе представлена аналитическая и практическая комплексная оценка влияния двух независимых друг от друга факторов на наполнение цилиндра газом и на эффективность работы компрессора в целом. К таким факторам относятся гидравлическое сопротивление всасывающих клапанов, обусловленное их конструкцией, и колебания давления газового столба во всасывающем трубопроводе, обусловленные периодическими процессами всасывания и совпадениями частот собственных и вынуждающих колебаний (резонанс).
Научная новизна. Получены аналитические зависимости влияния резонансных колебаний давления на изменение давления в цилиндре при всасывании. Установлено, что относительное изменение давления в цилиндре является функцией четырёх независимых безразмерных параметров: угла поворота кривошипа, относительной потери давления в результате дросселирования газа через всасывающий клапан; относительного приращения давления в цилиндре в результате колебательного процесса и критерия скорости потока сжатого воздуха.
Практическая значимость. Полученные результаты дают возможность выбрать наиболее оптимальные по эффективности режимы работы поршневых машин исходя из конкретных условий эксплуатации: режим с максимальной производительностью при применении резонансных параметров входного трубопровода или режим с минимальной удельной мощностью.
Ключевые слова поршневой компрессор, резонанс, колебания давления, безразмерные показатели, резонансные характеристики.
Полный текст