CC BY
8
УДК ri?. 1 Ч\7
ОГ DRF H НОГТИП РИМ FHF НИЯ КОМБИНИРОВАННОГО ПРИВОДА В ПОРШНЕВЫХ КОМПРЕССОРАХ Г ГА^ОС ТАТИ 4Ff КИМ IIFHTPHFOBA.HHF M ПОРШНЯ
Е А. Лысенко. А. П. Болнпянскнй Омский государственный технический университет, г. Омск. Россия
Лнноишция - Па сегодняшний лень современная промышленность прельявляет более жесткое требования к чистоте сжимаемых газов. Решенпе этой проблемы ведется разными путями. Предлагается применить особую конструкцию поршня с шелезымп (нсевлопорнстымп) питателями. D статье рассматриваются основные расчетные характеристики поршневого компрессора с глзостатпческпм центрированием поршня п комбинированным механизмом приводя. Показано, что имитация дросселей гпзостптпче-ского подвеса поршня в виде шероховатых окружных шелей позво.ляет снизпть затраты газа на центрирование поршня п позысть экономичность компрессора.
¡¿почевьге слова: поршневой компрессор, гпзостатпческнй подвес, шелевые питатели, дроссели, пористые питатели, чпстый газ, ресурс работы.
L ВЕЕДЕКПЕ
Повышение трсбозаннн к частоте сжимаемых газов, используемых в различных отраслях промышленных устройств (точнее маплшострое:ше. медицинская техшпеа. фармацевтическая и пищевая промышленность, хо лоднльпая и крнсгеипая техпшеа и др ) потребовало изменений d составе компрессорных стапцпй или коп сгрукцин компрессоров. Производство этих машин пошло тремя путями.
Первый пуп, предполагает использование компрессоров, э которых раоечие органы в камере сжатия пе кои тактируют друг с дротом. Основной тип таких машин - компрессору динамического действия. Их недостаток -невозможность получения средних и малых расходов при наиболее широко используемом п промышленности диапазоне давлений (около У,4 - 0,8 Mlia).
Второй пуп, основан на применении в контактирующих соединениях композитных материалов, которые не требуют смазки жидкими и консистентными маслами. К нх недостатку относится неизбежный износ композитов н их склонность к деструкции при температуре более 12СРС.
Третий путь предполагает использование устройств для очистки сжатого г газ. которые устанавливаются после компрессора.
Реально получили наибольшее распространение второй н третий пути.
В конце 60-х - начале 70-х годов прошлого столетня фирмой Suker были предложены конструкции лабиринтных компрессоров большой производительности, в которых поршень не касается стенок цилиндра за счет создания между ними несущего газового слоя (компрессоры с гзюетатнческнм центрированием поршня. ПЗСГЦП). Однако возникшая конкуренция с появившимися одновременно композитными материалами для аз-готптитеиия пертгнеччтх колем и спорных тпдтп ил никои не дала нпяможногти голноценчо рязютть применение газовой смазка з поршневых компрессорах. И только острая необходимость создания малорасходных и микро-рагходчых поршневых машин без гмаяки .тля космической отрасли привела в практическую пдоскгсть .что НЯ1 ip^KJI-НИГ [1 — 1 и л.р ]
тт Постановка задачи
Огнокнмм нгуу кчяпо w ТТКГТТП мкпмгтгя мначтглкный parxiyi i лкл ни игнфщюкяниг поршня Причем дч-торы исслелования [1] покачали что чем venvire диаметр ттортттни (чем меньше производительность компрессора) 1гм отнпшгииг p»i-xi»;iH i~л<л ни irt-|ри[х<нднаг * |1|1<)и:<ко/чртгльн1х-ги komi¡ргсторн кыше Снихии» нгобхо-димый расход. ai а пс.-нуирозанис поршня мелни за счсх снодених Соковых усилии, дежшумшил на поршень. А к о; мм и [4, S] ирг,цложсня мше рукцич милорж-хндшл о ПК ЦП, к котором бокпкыг: усилия го сюронм мгхл-нкзмн привода поршня гсорешческн раины ыулш. В нссасдинанни. л рсьсденном азгиуом [б]. 1ссрешчсски и экспериментально показано, что такая конструкция, с учетом неточности изготовления механизма претода днюкгкид поршни. обеспечивает Kpai.-ioc снижение боковых усилии.
Однако в этом случае boîhhk зопрос о невозможности снизить расход газа путем применения обычных питающих отзерегкй (дросселей), т.к. их необходимый диаметр становится меньше 0.1 мм.
Эта проблема может быть решена за счет замены питаюпгпх отверстий непрерывными круговыми псевдоло-рипыии ||»1Х1Г.ШМИ, ИПЛГДПКИНИГ ИОННЫХ П])1)ДГЛ/ШО ЛИПКИМ [7] Пи КИК.И (к'цшунпо <А ГЧГГ МИ».]>ПНГ]);Ж-ностей прижатых друг и другу шероховатых поверхностей.
Задачей настоящего исследования является определение преимущества таких питателей по сразпешио с ли тателлми в визе обычных отверстий. минимальный диаметр которых цркнят равным Э.1 мм.
.-а рис. 1 изображена схема компрессора с комоштрозаппим механизмом пр:пзода Схема 11К.1 Ц11 с комой нирсванным приводом а лссвдопоркстымн питателями газостатпчссЕого лодвсса поршня: I. Цилиндр. 2. Самодействующие клапаны. 3. Псршень. 4. Кулиса. 5. Ползуны
fi Принодныг килы 7 Крышки iH>piiiHN с опрятным нлинишим 8 Уилп(ии1слкния члпь 9 Ог;1гли1гльник кп-навка с каналом сброса. 10. Псевдопористые питатели. 11. Рабочая полость цилиндра. 12. Полость поршня. 13. Несущая часть лодвеез.
lipa сшзхроппом и противоположно папразлеипом вращении валов 5 поршень 3 совершает возвратно поступательное движение, при котором газ всасывается в полссть 11. сжимается в ней а нагнетается потребителю. Одновременно газ через обратный клапан, расположенный в поршне, попадает в его полость 12. которая является небольшим ресивером, и дросселируется через круговой зазор, который образован при контакте шероховатых поверхностей 10. в зазор S несущей части газостатнческого подвеса 13.
□се силы, действующие на поршень 3 со стороны механизма лризода. в такой конструкции полностью уричнежгшгьм при г.с. идганкном ияишиыгиии Петому Гхшиныг ус илия ни lopmt- uni у г мнникя1ъ nuiMi) к результате неточности изготовления н при воздейсгв1ш на компрессор вкбрэциенных нагрузок.
Методика расчета несущей способности а жесткости такого подвеса при его питании через дроссельные отверстия подробно изложена в мопографш: fil- Там же приоедела и система уравнении. списывающих состоять газа в полости 11 цилиндра и в полости 12 поршня при работе компрессора. Расчет течения газа через псевдопористые питатели 10 приведен в диссертации [7] и в статье [3]
Исниль.чоклниг км игу», длинных мгшдик рисчпч москолилм тхдигк ихггиягичггкум иодо к ИМ ЦП г. и: гк-допористымп питателями. с помощью которой возможен расчет основных характеристик компрессора и газостатнческого подвеса поршня.
Анализ проведен для ПКГЦП с диаметром пилиндра 40 мм осшей хшной поршы 6С мм пра длине уплст-ьякиг.гй чичи 70 мм дли .никлгний ни нгтиния 3 и 6 бяр
На рис. 2-4 показаны некоторые наиболее важные результаты расчетов. Анализ результатов расчетов позволяет сделать следующие основные выводы:
I. Применение псевдопорпстых питателей для газостатнческого центрирован:»] поршня позволяет суше ствснно снизить расход газа и совершенную над ним работу по сравнению с дросселями в виде простых отвер-
? Псгкдииорипые НИШГЛИ ДИКИ КС IM MC > Ж НОГ I h МОКЫГИ1К АГПКОСГЬ : lt* H фИрОИИИИМ IICipillHM, <-.НИ:<И1Ъ yit-чки
газа н. таким образом, повысить экономичность ПКГЦП.
Методика анализа
Рис. 1. Схема компрессора с комбинированным механизмом привода
Ш. РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА И ВЫВОДЫ
Рис. 2. Зависимость жесткости С'п и относительного давления наддува от средней высоты пгг^|Ш1(1|)И1Т11]й щглн qui днклгнхи над ivkh Рц — ^ Сглjj. »5-1? мим Точками пГккничгнм мжымгц м подвеса с дросселями в виде отверстий с диаметром 0,1 мм (6 отв.)
Рис 3. Зависимость отношения забот. потраченных па питание подвеса.l^n потеря:и:ых с утечками через уплогняюшугс часть псршня.-i j-ot средней высота не св до пер истой щели при ;/0ь= 1 SCO мин'1, о = 12 мкм. Р% — 1 6н:>, Pa - 3 пир ТоЧКПЙ об<)«ХЧКНЫ ll>qiuriphl I ОДКГГДС л^иктглями к кичг (мкгрпий г.диимпром
0.1 мм (б отв.)
60 50 40
30 20
A,tl Дж 50
/in,, мкм 10
Рис. 4. Зависимость жесткости СП; относительного давления надх/ва и работа, затраченной на питание псдзсса А и от средней высоты псевдопористой щели прн Лов= 1мин"1. о = 12 мкм, Рц = 1 бар. _РП = 5 бар. Точками обозначены параметры подвеса с дросселями в виде отверстий с диаметром 0,1 мм (б отв.)
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Болштянский А. П.. Белый В. Д., Дорошевич С. Э. Компрессоры с гээостэхнческим центрированием поршня Омск: Изд-во ОмГТУ 2002. 406 с
2. Пат. 20130058« 15 А1 С ША Reciprocating compressor with gas bearing. US 13/602,744/ Donghan ИМ, 2013.
3. Пзт. 7415829 В 2 США. Piston compressor. US 10/537,639/Norbert Rolff, 20OS
4. Пат. 2098662 Российская Федерация. Ml IK F 04B 00/31. Бесконтактный компрессор / А. П. Болштянский. В. Е. Щерба 1997. Бюл .Vs 34
5. Пат. 2012140991 Российская Федерация. МПК F 04В 00/31. Компрессор с комбишгрованным механизмом привода /А. П. Болштянский. В. Е. Щерба, Е. А. Лысенко [и др.]. 2014. Бюл. № 10.
6. Лысенко Е. А. Конструкция н расчет маловибрапионнного поршневого компрессора с комбинированным механизмом привода: автореф дне . . канд. техн. наук. Омск, 2009. 20 с.
7 Ивахненко Т. А. Конструкция н расчет компрессора с газостатнческим центрированием поршня н псевдопористыми шпателями: автореф. дне. ... канд. техн. наук. Омск, 2010.16 с.
S Болштянский А. П.. Ивахненко Т. А. Исследование течения газа в щелевых псевдопорнствтх питателях газового подвеса поршня форвакуумнасосз // Вакуумная наука и техника: материалы XY1I науч. конф. / МГИЭМ. М 2010. С. 123-126.
