CC BY
11
УДК 621.592
АЛ. Си азан, A. A. Smizin MA. Молодое, MA. Mo!odor И.К. Прилуцкий, ¡.К. Prilutsky
Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, г. Санкт-Петербург, Россия
St. Petersburg national research university of information technologies, mechanics and optics, St. Petersburg, Russia
ГАЗОДИНАМИЧКСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ОРГАНАХ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ
ПОРШНЕВЫХ ДЕТАНДЕРОВ
GASDYNAMIC PROCESSES IN BODIES OF GAS DISTRIBUTION PISTON DETAXDER
Выполнено исследование характера течения потока газа в проточной части клапана на основе математического моделирования газодинамических процессов с помощью программы ANSYS.
Research of character of a current of a stream of gas in flowing part of the valve on the basis of шдthematical modeling of gasdynamic processes by means of the ANSYS program is executed.
136
Ключевые слава: /юршнввой детандер, ет(тан, газодинамические процессы
Keywords: piston detander, valve, gasdynamic processes
В качестве объекта исследования был принят впускной нормально-открытый кольцевой клапан прямоточной одноклапанной детандерной степени со следующими техническими характеристиками:
Параметры рассматриваемой ступени детандера: давление на входер = 1.2 МПа; диаметр цилиндра детандерной ступени Г)п = 45 мм; ход поршня Sn = 90 мм; частота врашення вала и = 1500 об/мин.; средний диаметр пластины клапана d^, 40мм.
Расчет проводился при следующих исходных данных рабочее тело - воздух, термодинамическое состояние которого описывается уравнением состояния идеального газа. Вход: статическое давление р=1,2 МПа и температура Т=283К, направление потока - нормальное к входной Гранине; степень турбулентности потока на входе принималась равной Ти=5%. Выходной массовый расход газа через 1/4 клапана 0=0,004 кг/с. На площади разреза накладываются условия симметрии. Во время всех расчетов клапан находится в полностью открытом состоянии.
После проведения расчетов получили визуализацию полей давлений и скоростей в проточной части рассматриваемого впускного клапана, позволяющую выявить особенности течения и провести численную оценку скоростей и давлений в различных сечениях рассматриваемой проточной части
По итогам расчетов выяснилось, что поток газа в боковых отверстиях в седле (сечение ОВ, рис. 2.) оказывается, по характеру движения идентичным и отклоняется в сторону центральной оси клапана. Предположительно это объясняется тем, что в отверстиях под пружины нет выходного отверстия, поэтому большая часть потока газа направляется в сторону отверстий сечения ОВ, тем самым вызывая отклонение потока газа (рис. 2). А в сечения ОА газовый поток отклоняется от оси клапана, как видно из рисунков, можно предположить, что это происходит из-за того, что массовый расход газа больше через наружную кольцевую проточку, чем через внутреннюю (рис. 2). Также наблюдаются области разряжения в сечении щели клапана между отверстиями
Рис. 2. Распределение скоростей и линий тока по внутреннему объему клапана
В результате математического моделирования газодинамических процессов в клапане была получена наглядная картина движения газа в клапане, которая позволила увидеть, как ведет себя поток газа в клапане, а именно: нашчие смещение газового потока в выхлопных канатах, а так же нашчие турбулентных завихрений в кольцевых проточках клапана.
На втором этапе математического моделирования было принято решение проанализировать влияние высоты подъема пластины клапана, т.к. известно, что она существенно влияет на диапазон скоростей, с которыми газ движется в сечении клапана. По результатам моделирования получили ожидаемые результаты по скоростям движения газа в клапане, что чем больше увеличивается высота подъема пластины клапана, тем меньше перепад давлений на входе и выходе клапана и соответственно наблюдается понижение скорости в клапане. Так же изменение высоты оказало влияние на характер движения газа в выхлопных полостях клапана.
Рис. 5. Харрактер течение газа во впускном клапане поршневого детандера с выборкой в пластине
В результате расчетов получили, что газовый поток полностью заполняет рабочий объем выхлопных каналов, благодаря выборки в пластине наблюдается резкое снижение скорости газа от 13 м/с до 7м/с, а ближе к выходу из выхлопного отверстия скорость газа падает до 3 - 4 м/с.
Однако такая форма пластины так же обуславливает наличие выточек под пружины в пластине клапана, что может существенно повлиять на прочностные характеристики пластины, т.к. она работает при ударных нагрузках, а область выточки будет зоной существенного сужения толщины пластины, соответственно зоной вероятной поломки Поэтому' данный вариант пластины необходимо проверить по прочностным характеристикам и внести соответствующие коррективы в геометрию
Также было оценено, какое влияние окажет наличие выступа на пластине клапана на характер движения газового потока. Чтобы пластина могла закрывать выхлопные отверстия в конце процесса наполнения цилиндра, в седле клапана было сделано углубление, позволяющее пластине плотно прилегать к седлу клапана.
14.1 м'с 0.003 МП а
Рис 6. Характер течения газа в каналах впускного клапана ПД с профилированной рабочей пластиной
По .тучи в наглядную картину движения газа в клапане, можно сделать вывод, что наличие выступа на пластине существенно влияет на характер движения газа. Благодаря ему. газ полностью заполняет объем выхлопных каналов клапана, а скорость на выходе из клапана получается разной 6-7 м/с. Наличие выступа на пластине приводит к усложнению техпроцесса изготовления пластины, а именно, равенство по высоте друг относительно друга двух поверхностей по обеим сторонам от выступа, т.к. если этого не добиться, то возможно появление протечек газа из-за негерметичности клапана.
В заключении хотелось бы отметить, что было выявлено неполное заполнение полезного объема выхлопных каналов газом. В ходе последующих расчетов получено, что основное влияние на характер течения потока газа в проточной части клапана оказали следующие факторы: высота подъема пластины клапана, диффузорность выхлопных каналов, выборка в пластине клапана и наличие выступа на пластине клапана.
Библиографический список
1. Кондратьева, Т.Ф. Клапаны поршневых компрессоров / Г.Ф. Кондратьева, В.П Исаков. - Л : Машиностроение, 19ЕЗ.
2. Пласганин. П. И. Поршневые компрессоры Т 2. Основы проектирование. Конструкции / П. И. Пластшшн. - М : Колос, 2008. - 711 с.
