Исследование мембранного блока мембранно-плунжерного компрессора с целью снижения гидравлического удара Щука, Ирина Олеговна

Введение к работе

Актуальность темы. Работа посвящена исследованию мембранного блока мембранно-плунжерного компрессора с целью снижения гидравлического удара для повышения ресурса мембран. В настоящее время мембранные компрессоры (МК) и мембранные насосы (МН) широко применяют в многочисленных промышленных производствах, в которых используются газы (МК) или жидкости (МН) высокой чистоты, не допускаются потери и загрязнения их посторонними веществами при сжатии. Впервые созданные в 20-х годах как лабораторных машины узкого назначения МК в настоящее время занимают видное место в ком-прессоростроении.

В МК и МН мембраны при сжатии не подвергаются одностороннему действию давления, что позволяет применять тонкие мембраны для создания высоких давлений. Однако прогиб металлической мембраны ограничивается прочностными свойствами материала, из которого она изготовлена, и даже в случае применения относительно тонкой высокопрочной стали он невелик (в большинстве конструкций 1-Ю"² от диаметра мембраны в заделке).

Удельные малогабаритные показатели МК и МН определяются частотой рабочих циклов. Если частота рабочих циклов низка (f < 10 Гц), то массогабарит-ные показатели МК и МН не высоки f = ( 25-=-50 Гц). Анализ информации о состоянии развития МК и МН ведущих зарубежных фирм «Burton Corblin» (Франция) «Andreas Hofer» (Германия) «Amico» и «Durco» (США) за последние годы позволяет заключить, что каких-либо кардинальных изменений в этой области не произошло. Характерны неизменность конструктивных решений основных специфических узлов машин и постоянство номенклатуры их типоразмеров. Таким образом, работы по определению оптимальных размеров мембранного блока, созданию математических моделей и методик расчета расположения отверстий в распределительном диске (подложке), актуальны и имеют большое народнохозяйственное значение.

Цель и основные задачи работы. Теоретические и экспериментальные исследования МК для снижения величины гидравлического удара за счет оптимального расположения отверспш в распределительном диске. Для этого теоретически необходимо исследовать причины возникновения гидравлического удара при современном равномерном расположении отверстий по поверхности распределительного диска, составить математическую модель работы мембраны в мембранно-плунжерном компрессоре, составить методику расчета по определению мест рационального расположения отверстий по поверхности распределительного диска, разработать рекомендации по снижению величины гидравлического удара в МК.

Методы исследования, В работе использованы следующие методы:

а) теоретические - аналитические методы решения дифференциальных урав
нений; современные методы программирования на ЭВМ; статические методы
обработки экспериментальных данных;

б) экспериментальные - современные методы планирования и проведения
эксперимента при оптимизации многофакторных процессов.

Научная новизна, В результате исследования получены результаты:

создана математическая модель, описывающая процесс возникновения гидравлического удара в мембранно-плуюкерном компрессоре;

разработан метод определения величины кольцевых объемов между профилированными поверхностями распределительного и ограничительного дисков;

методика расчета суммарной площади отверстий в распределительном диске;

- методика расчета расположения отверстий в распределительном диске
МК для снижения величины гидравлического удара;

- разработана программа соответствующего инженерного расчета на ЭВМ.
Автор выносит на защиту следующие основные положения;

1. Математическую модель, описывающую процесс возникновения гидравлического удара в мембранно-плунжерном компрессоре.

2. Метод определения величины кольцевых объемов между профилированными поверхностями распределительного и ограничительного дисков

3. Методику расчета величины гидравлического удара в мембранном блоке компрессора.

4. Методику расчета кольцевых объемов между профилированными поверхностями распределительного и ограничительного диска.

5. Методику расчета суммарной площади отверстий в распределительном диске.

6. Методику расчета расположения отверстий в распределительном диске МК для снижения величины гидравлического удара.

Все выносимые на защиту положения и полученные автором результаты подтверждены испытаниями, дающими удовлетворительное совпадение теоретических и экспериментальных данных.

Практическая ценность. Предложенные методики и рекомендации позволяют улучшить качество проектирования, повысить достоверность результатов испытаний, дают возможность располагать отверстий в подложках мембранного блока, таким образом, чтобы величина гидравлического удара была минимальной.

Реализация работы. Результаты проведенных исследований, рекомендации по проектированию мембранного блока мембранного компрессора, методика расчета оптимального расположения отверстий в подложках приняты в качестве

рекомендаций для проектирования и расчета подобных устройств АООТ «Омское машиностроительное конструкторское бюро» (г. Омск).

Полученные результаты могут быть рекомендованы к использованию на предприятиях машиностроения, занимающихся разработкой, созданием и производством мембранных компрессоров, а также в учебном процессе при изучении отдельных разделов дисциплины «Компрессорные машины».

Достоверность результатов работы. Обусловлена качественным и количественным соответствием теоретических результатов известным, а также результатам численного и физического моделирования.

Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты работы докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-технической конференции «Методы и средства измерений физических величин» (Н. Новгород, 1998); на научно-практической конференции Промтехэкспо-99 «Роли инноваций в развитии регионов» (Омск, 1999); на III международной научно-технической конференции «Динамика систем механизмов и машин» (Омск, 1999); на 12-ом Межвузовском научно-техническом семинаре «Внутрикамерные процессы в энергетических установках, акустика, диагностика, экология» (Казань, 2000).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 7 печатных работ, патент на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и акта внедрения. Общий объем составляет 153 с, в том числе основного текста 102 , 35 рис. и 9 табл., список литературы 40 наименований на 3 с, 3 приложения на 36, акт внедрения 1 с, копия патента на изобретения 1 с.