Холодильные машины

,

Неравномерность вращения вала компрессора, выявленную при анализе тангенциальной диаграммы можно снизить, присоединив к валу дополнительную массу, аккумулирующую избыточную кинетическую энергию.

В современных  компрессорах снижение степени неравномерности  вращения достигается установкой маховика, эластичной муфты.

  Расчет  маховика.

  Принимаем муфту с диаметром d=0,12м и длинной L=0,25, тогда масса муфты будет равна:

где r_жел – плотность железа, r_жел=7860 кг/м³,

 

       Максимальная избыточная работа, соответствующая наибольшей избыточной площадке на диаграмме тангенциальных сил.

      Определяем  максимальную избыточную работу:

где f_max – площадь наибольшей избыточной площадки на диаграмме тангенциальных сил, f_max=258,686 мм²,

m_x – масштаб длин, мм/м;

m_p – масштаб сил, m_р=0,025 мм/Н;

     Допускаемая степень неравномерности вращения вала при применении эластичной муфты 0,04÷0,025

     Необходимый момент инерции муфты:

     

кг·м²

     Масса достаточная для обеспечения  допускаемой степени неравномерности:

     

,

     где r_и =0,06 – радиус инерции муфты

      кг

      Определяем  степень неравномерности вращения:

где w_ср – средняя угловая скорость, w_ср=151 с^-1, r_и – радиус инерции муфты (половина среднего диаметра обода муфты).

     Окружная  скорость обода муфты:

     

м/с

     Рекомендуемые скорости для стальных муфт м/с.

       Динамический  расчет компрессора удобно производить с использованием ЭВМ. 

       На шатунные подшипники и шатунную шейку вала действуют переменные по величине и направлению в зависимости от угла поворота вала силы Р_t и Р’_r. Для определения характера нагружения подшипника, интенсивности неравномерного по окружности изнашивания шатунной шейки и выбора места подвода смазки строим полярную диаграмму сил, действующих на шатунную шейку коленчатого вала . По оси абсцисс с учетом знака в принятом масштабе сил для каждого положения вала от 0º до 360o откладываем значения силы Р’_r , взятые из диаграммы радиальных сил, по оси ординат - значения силы Р_t для одного цилиндра. Положительное направление осей координат указано на диаграмме. Из концов векторов восстанавливаем перпендикуляры до пересечения, обозначая точки пересечения соответствующим углом поворота вала . В полученные точки из начала координат проводим векторы , представляющие по величине и направлению равнодействующую силу R для данного α, и соединяем их концы плавной кривой . Угол α характеризует направление R относительно шейки. Анализ сил, действующих на шатунную шейку, определение максимальной нагрузки R_max могут быть произведены непосредственно по полярной диаграмме, но для получения среднего значения нагрузки R_ср строим полярную диаграмму, развернутую по углу поворота вала.

       Среднее давление на шатунную шейку:

 = 4000/(0,066·0,035) = 1,52·10⁶, Па .

       Максимальное  давление на шатунную шейку:

= 6111,14/(0,066·0,035) =2,65·10⁶, Па,

где d_ш =0,066 м – диаметр шейки; l_в = 0,035 м – рабочая длина вкладыша . Для шатунных шеек вала допустимые значения [ ] = 6 -10 МПа и [ ] = 4-6 МПа.

;  

       С помощью полярной диаграммы сил, действующих на шатунную шейку, строим условную диаграмму изнашивания, считая, что износ пропорционален нагрузке и распространяется равномерно на дуге 120 ± 7,5° (по 60^o в каждую сторону от точки приложения вектора равнодействующей силы к шейке вала).

       Результаты  расчета суммарной нагрузки на шатунную шейку приведены в табл. 2.11. Значения силы взяты из развернутой полярной диаграммы для всех углов поворота вала α. Угол приложения равнодействующей силы к шейке вала .

       Сумма значений силы в каждой графе характеризует интенсивность нагрузки, а следовательно, и изнашивания шейки в точке с углом . Для построения диаграммы изнашивания окружность произвольного радиуса делим на такое же число частей, как и полярную диаграмму. В произвольном масштабе к центру окружности откладываем отрезки, соответствующие значениям суммарной нагрузки на шатунную шейку для всех углов . Соединив концы отрезков плавной кривой, получим диаграмму изнашивания шатунной шейки. По этой диаграмме определяют место для подвода смазки. Отверстие должно быть просверлено в месте наименьшего износа.

 

 

Таблица 2.3 Результаты расчета суммарной нагрузки на шатунную шейку.

α,º	Θ,º	Θш,º
		0	15	30	45	60	75	90	105	120	135	150	165	180	195	210	225	240	255	270	285	300	315	330	345
0	0	3915,55	3915,55	3915,55	3915,55	3915,55	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	3915,55	3915,55	3915,55	3915,55
15	285,85	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	739,47	739,47	739,47	739,47	739,47	739,47	739,47	739,47	739,47
30	171,73	-	-	-	-	-	-	-	2636,17	2636,17	2636,17	2636,17	2636,17	2636,17	2636,17	2636,17	2636,17	-	-	-	-	-	-	-	-
45	157,36	-	-	-	-	-	-	3330,51	3330,51	3330,51	3330,51	3330,51	3330,51	3330,51	3330,51	3330,51	-	-	-	-	-	-	-	-	-
60	152,91	-	-	-	-	-	-	2910,67	2910,67	2910,67	2910,67	2910,67	2910,67	2910,67	2910,67	2910,67	-	-	-	-	-	-	-	-	-
75	159,31	-	-	-	-	-	-	-	2291,93	2291,93	2291,93	2291,93	2291,93	2291,93	2291,93	2291,93	2291,93	-	-	-	-	-	-	-	-
90	175,22	-	-	-	-	-	-	-	-	2040,15	2040,15	2040,15	2040,15	2040,15	2040,15	2040,15	2040,15	2040,15	-	-	-	-	-	-	-
105	190,32	-	-	-	-	-	-	-	-	-	2281,78	2281,78	2281,78	2281,78	2281,78	2281,78	2281,78	2281,78	2281,78	-	-	-	-	-	-
120	196,38	-	-	-	-	-	-	-	-	-	2795,98	2795,98	2795,98	2795,98	2795,98	2795,98	2795,98	2795,98	2795,98	-	-	-	-	-	-
135	195,77	-	-	-	-	-	-	-	-	-	3334,44	3334,44	3334,44	3334,44	3334,44	3334,44	3334,44	3334,44	3334,44	-	-	-	-	-	-
150	191,77	-	-	-	-	-	-	-	-	-	3769,40	3769,40	3769,40	3769,40	3769,40	3769,40	3769,40	3769,40	3769,40	-	-	-	-	-	-
165	186,19	-	-	-	-	-	-	-	-	4045,12	4045,12	4045,12	4045,12	4045,12	4045,12	4045,12	4045,12	4045,12	-	-	-	-	-	-	-
180	180	-	-	-	-	-	-	-	-	4568,71	4568,71	4568,71	4568,71	4568,71	4568,71	4568,71	4568,71	4568,71	-	-	-	-	-	-	-
195	173,16	-	-	-	-	-	-	-	-	4499,89	4499,89	4499,89	4499,89	4499,89	4499,89	4499,89	4499,89	4499,89	-	-	-	-	-	-	-
210	166,53	-	-	-	-	-	-	-	4303,86	4303,86	4303,86	4303,86	4303,86	4303,86	4303,86	4303,86	4303,86	-	-	-	-	-	-	-	-
225	160,27	-	-	-	-	-	-	-	4012,24	4012,24	4012,24	4012,24	4012,24	4012,24	4012,24	4012,24	4012,24	-	-	-	-	-	-	-	-
240	154,35	-	-	-	-	-	-	3676,55	3676,55	3676,55	3676,55	3676,55	3676,55	3676,55	3676,55	3676,55	-	-	-	-	-	-	-	-	-
255	148,28	-	-	-	-	-	-	3353,86	3353,86	3353,86	3353,86	3353,86	3353,86	3353,86	3353,86	3353,86	-	-	-	-	-	-	-	-	-
270	139,62	-	-	-	-	-	3155,16	3155,16	3155,16	3155,16	3155,16	3155,16	3155,16	3155,16	3155,16	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
285	123,36	-	-	-	-	3245,61	3245,61	3245,61	3245,61	3245,61	3245,61	3245,61	3245,61	3245,61	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
300	95,51	-	-	4174,72	4174,72	4174,72	4174,72	4174,72	4174,72	4174,72	4174,72	4174,72	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
315	67,05	6111,14	6111,14	6111,14	6111,14	6111,14	6111,14	6111,14	6111,14	6111,14	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
330	47,88	5163,73	5163,73	5163,73	5163,73	5163,73	5163,73	5163,73	5163,73	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	5163,73
345	25,32	4511,96	4511,96	4511,96	4511,96	4511,96	4511,96	4511,96	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	4511,96	4511,96
Суммар- ная на- грузка		19702,37	19702,37	23877,09	23877,09	27122,70	26362,31	39633,90	48366,15	58356,30	64426,76	64426,76	60252,04	60252,04	57006,43	53851,27	41319,15	28074,94	12921,06	739,47	739,47	4655,02	4655,02	9166,98	14330,71

 

2.5.1.Расчёт системы смазки. 

       Для нормальной работы подшипников скольжения необходим слой смазочного материала  между поверхностями вала и подшипников, вследствие чего не происходит непосредственного контакта поверхностей. Основной задачей при расчете смазки подшипников является обеспечение режима жидкостной смазки в наиболее тяжелых условиях нагружения, соответствующих второму расчетному режиму. Сохранение минимально допустимой толщины масляного слоя достигается выбором зазоров и размеров деталей, подбором смазывающей жидкости с соответствующими свойствами, организацией отвода теплоты с учетом действующей нагрузки, скорости скольжения и т. д. В рассматриваемом расчёте определим среднюю температуру смазочного слоя, расход масла через подшипники, тепловую мощность, отводимую от подшипника, минимальную толщину смазочного слоя и необходимую подачу масляного насоса.

      Диаметр вкладыша кривошипного подшипника: ; диаметр шейки  

      Средний зазор:

       Относительный зазор:

,

,

. 

Расчет для  построения  зависимостей приведены в таблице. 

      Таблица 2.4 – Основные расчетные величины.

Определяемая  величина.	Формула или обозначение.	Числовые  значения при температуре смазочного слоя Т,К
		323	333	343
1	2	3	4	5
Динамическая  вязкость, Паּс.	μ	3,47×10-2	2,38×10-2	1,79×10-2
Коэффициент нагруженности.	z=		0,2640	0,3510

 

 

1	2	3	4	5
Относительный эксцентриситет.	c	0,61	0,66	0,76
Коэффициент расхода из рабочей части.	kт	0,125	0,148	0,170
Коэффициент.	b	0,22	0,27	0,28
Коэффициент расхода из нерабочей части.	kн=bx(d/l)2pl/qср		0,0215	0,0297
Полный  коэффициент расхода.	k=kт+kн	0,1370	0,1695	0,1997
Расход  масла через подшипник, м3/с.	Q=kw(y/2)ld2		2,08·10-6	2,45×10-6
Плотность масла, кг/м3.	r	880	873	866
Теплоемкость  масла, Дж/(кгּК).	c	1960	2000	2040
Температура масла перед подшипником, К.	Tl	313	313	313
Разность  температур, К.	DT=T-Tl	10	20	30
Количество  теплоты, отводимой маслом, Вт.	FQ=crQDT		72,536	129,674
Коэффициент теплоотдачи со стороны масла, Вт/(м2ּК).	a=19,78а(Т-Тв)1,3/(Т-Тl), где а=5, Т=313 К		242	274
Количество  теплоты, отводимой в окружающую среду, Вт.	FD=apdlDT		25,645	43,442
Количество  теплоты, отводимой от подшипника, Вт.	F=FD+FQ	10,415+28,9=39,375	98,181	173,116
Коэффициент.	zf	3,3	3,6	3,8
Количество  теплоты, выделяющейся при трении, Вт.	FR=zfmlпd2w2/(2y)		100,47	79,76