CC BY
17
УДК 530.12;628.543
О. В. Козулина, М. Г. Кузнецов, М. А. Мухамедзянов, Б. С. Азизов, Р. Х. Зиятдинов
ПОРШНЕВОЙ АКУСТИЧЕСКИЙ НАГНЕТАТЕЛЬ С КУЛИСНЫМ МЕХАНИЗМОМ
Ключевые слова: нагнетатель; поршень; кривошип; акустика; резонанс.
Рассмотрены устройство и работа поршневого акустического нагнетателя газа с двухзвенным кривошипно-ползунным механизмом. Показаны преимущества двухзвенного механизма перед шарнирно-рычажным трех-звенным механизмом, содержащим кривошип, шатун и ползун.
Keywords: supercharger; the piston; a crank; acoustics; a resonance.
The device and work of a piston acoustic supercharger of gas with twolink krivoshipno-polzunnym the mechanism are considered. Advantages twolink the mechanism before sharnirno-lever threelink the mechanism containing a crank, a pitmen and a slider are shown.
В [1] рассмотрен двухтактный поршневой акустический нагнетатель (двухтактный ПАН), в котором газовые фазы по обе стороны от поршня смещены и нагнетание газа в бокс происходит как при прямом, так и при обратном ходе поршня. При одинаковых энергозатратах производительность двухтактного ПАН примерно в два раза выше производительности однотактного ПАН.
В двухтактном ПАН, как и в однотактном, для передачи движения от электродвигателя к поршню можно использовать кривошипно-ползунный механизм. Если такой механизм заменить кулисным [2], то появляется возможность выполнить устройство, состоящее из двух двухтактных ПАН, производительность которого будет в четыре раза больше производительности однотактного ПАН.
На рис .1 показан однотактный ПАН с кри-вошипно-кулисным механизмом.
Рис. 1 - Поршневой акустический нагнетатель с кривошипно-кулисным механизмом: 1 - полка; 2 - кривошип; 3 - сторона; 4 - пальцы; 5 - стержень; 6 - поршень; 7 - цилиндр; 8 - электродвигатель
Кулиса кривошипно-кулисного механизма при включенным в работу электродвигателе совершает возвратно-поступательное движение благодаря тому, что палец кривошипа введен в окно 8 кулисы.
Кривошипно-кулисный механизм является двухзвенным. Степень подвижности механизма равна:
W=3n -2р5 -р4 =3-2-2-2-1=1, где п- число подвижных звеньев, которыми являются кривошип с неподвижно соединенным с ней пальцем и кулиса с неподвижно соединенным с ней штоком с поршнем; р5 -число кинематических пар пятого колеса, которыми являются вращательная,
образованная кривошипом и валом электродвигателя, и поступательная, образованная поршнем, жестко соединенным посредством штока с кулисой, и цилиндром; р5 - число кинематических пар пятого класса, равное единице (пару образуют палец и кулиса).
Преимущество устройства с кривошипно-кулисным механизмом, кинематически соединенным с двумя соосно расположенными двухтактными ПАН, состоит еще в том, что нагрузка на механизм распределяется равномерно по обе стороны от кулисы.
Производительность однотактного ПАН рассчитывается по формуле [3]:
Q=0.25n2 d2 U,
(1)
где d = D \ Р3 ^0 - диаметр резонансной трубы, V P
(здесь: р- плотность газа;1э -эффективная амплитуда смещения поршня; : частота колебаний поршня; С0 -скорость звука в невозмущенной среде; Р- динамическое давление газовой струи в ПАН; Б- диаметр цилиндра, в котором пульсирует поршень);
и=0,5 -средняя за цикл скорость газовой струи.
\Р
Принимая во внимание то, что в устройстве с двумя двухтактными ПАН производительность такого устройства равна:
Оп =п2 Б2 Со
На рис.2 показано устройство с двумя двухтактными ПАН, теоретическая производительность которого в 16-раз выше производительности поршневого компрессора.
(2)
/ / / /
//////У/ У/////
'77777777777777
Рис. 2 - Устройство с двумя двохконтактными поршнями акустический нагнетатель
Энергосберегающая способность устройства с двумя двухтактными ПАН с диаметрами резонансных труб d=0,04м и длиной Ь=0,077м и 21=0,0869м при одной и той же производительности составит:
N _ 3.2
N 2
60
_ 0.05,
(3)
где N1 - мощность, вносимая поршнем ПАН; N -мощность, затрачиваемая поршневым компрессором.
Таким образом, затраты энергии поршневым компрессором будут в семнадцать с лишним раз выше затрат энергии устройством с кулисным механизмом и двумя двухтактными ПАН.
Для сравнения можно отметить, что приведенная к мощности 1 кВт производительность устройства с кулисным механизмом и двумя двухтактными ПАН составит 14,4 м3 /мин, вентилятора -0,9 м3 /мин, ротационной компрессорной машины -0,22 м3 /мин.
Таким образом, энергозатраты устройства с кулисным механизмом и двумя двухтактными ПАН в резонансном режиме работы намного ниже, чем в нагнетателях, работающих в стационарном режиме (компрессоры, газодувки, вентиляторы).
При необходимости нагнетания в крупногабаритные помещения большого количества свежего воздуха использование нескольких ПАН с кулисны-
ми механизмами выгоднее, чем одной вентиляционной установки большой производительности.
Например, расход мощности одной вентиляционной установки производительностью 250 м3 /мин составляет 273 кВт. Такую же производительность могут дать четыре устройства с кулисными механизмами с суммарным расходом мощности 13 кВт.
Устройство с двумя двухтактными ПАН может найти использование в вентиляции складских помещений пищевого, химического и химико-фармацевтического назначения.
Литература
1. Козулина О.В. Поршневой акустический нагнеталь/ Козулина О.В., Н.Н. Маряхин, М.Г. Кузнецов, Ю.Ф. Ко-ротков // Вестник Казан. технол. ун-та. 2014. Т.17,-№6,С.217-219.
2. Пат. 2499935 Российская Федерация, МПК Е16Н2/18.Кривошипно-кулисный механизм с поступательно движущейся кулисой/А.Г Замалиев, Ю.Ф.Коротков, Р.Х.Зиятдинов, заявитель и патентообладатель - №2012129131/11; за-явл.10.07.2012;опубл.27.11.2013,; Бюл.№33.-5с.
3. Хакимова Е.Г. Исследование поршневого акустического резонатора / Е.Г. Хакимова, О.В. Козулина, М.Г.Кузнецов, А.А.Чижевский, Ю.Ф.Коротков, Р.Г.Галиуллин //Вестник Казан.технол. ун-та. 2012. Т.15, -№15. С.217-219.
© О. В. Козулина - к.т.н., доц. каф. оборудования пищевых заводов КНИТУ, ;орр-8ГУ@гашЫег.га; М. Г. Кузнецов - к.т.н., доц. той же кафедры; М. А. Мухамедзянов - к.т.н., доц. каф. материаловедения КНИТУ; Б. С. Азизов - магистрант каф. пищевой инженерии малых предприятий КНИТУ; Р. Х. Зиятдинов - к.т.н., доц. каф. физики КНИТУ.
