Введение к работе
Актуальность темы исследований. Парк установок с использованием компрессоров объемного действия для сжатия реального газа огромен. Поршневые компрессоры (ПК) являются одним из крупнейших потребителей электроэнергии. При модернизации компрессоров часто применяется способ повышения производительности, основанный на явлении 'акустического наддува'. Эффективность способа в значительной степени определяется сочетанием и качеством подбора параметров всасывающей системы, клапанов и компрессора. Большое место среди ПК занимают холодильные компрессоры, новые разработки которых связаны с применением новых типов хладоагентов. В последние годы эта задача приобрела особое значение в связи с проблемой перехода на озонобезопасные хладоагенты. При такой замене изменяется отношение давлений в цилиндре, что вызывает изменение производительности, удельного расхода мощности и температуры нагнетания. Изменение давлений всасывания и нагнетания влечет за собой изменение динамики клапанов, газодинамических характеристик газового тракта. Изменение значений скорости звука хладоагента ведет к изменению шумовых характеристик компрессора и установок в целом. Все вышесказанное можно реализовать только путем изменения конструкций узлов компрессора, что для большинства производителей крайне нежелательно, так как требует длительных исследований. Применение математических моделей для исследований процессов в компрессорах дает возможность сократить объем экспериментальных работ и ускорить процесс внедрения более совершенных конструкций.
В качестве объекта исследований был выбран бытовой холодильный компрессор NR-75 с холодопроизводительностью 300 Вт. Для тщательной отработки методики и выполнения параметрического анализа исследования также проводились на воздушном поршневом компрессоре 2ВУ-2.5/13, оборудованном прямоточными клапанами и электродвигателем с переменным числом оборотов.
Пели и залачи исследований. Целью настоящей работы следует считать: повышение эффективности и надежности компрессорных установок за счет применения научно обоснованной и экспериментально проверенной методики расчета изменения параметров реального газа и показателей эффективности в процессе работы поршневого одноступенчатого компрессора с учетом нестационарного течения газа во всасывающей системе.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: -разработать математическую модель ступени поршневого компрессора для сжатия реального газа, учитывающую совместное влияние неустановившегося течения в трубопроводе и динамику клапана;
-разработать метод расчета неустановившегося течения газа во всасывающей коммуникации;
-разработать и проверить алгоритмы для численного решения дифференциальні
уравнений математической модели рабочих процессов;
-выполнить экспериментальные исследования на различных типах поршневі
компрессоров для проверки адекватности разработанной математической модели;
-используя разработанную математическую модель, выполнить численнь
эксперимент с целью анализа влияния различных факторов на характеристш
компрессора;
-разработать комплекс программ для практического использования предложение
методики расчета рабочих процессов.
Научная новизна заключается в следующем: -разработана и экспериментально проверена математическая модель компрессо объемного действия с учетом нестационарных рабочих процессов, построенная і основе дифференциальных уравнений термодинамики реального га; дифференциальных уравнений, описьшающих нестационарное одномерное течені газа в трубопроводах и динамики клапанов;
-показана применимость модели для различных типоразмеров компрессоров, в т< числе и для бытовых холодильных компрессоров малой производительности; -получены экспериментальные временные диаграммы скоростей газа в различш сечениях всасывающего трубопровода;
-проанализированы экспериментальные и теоретические результаты і исследованию влияния "акустического наддува" на показатели работы компрессор которые показывают необходимость обязательного согласования параметров к всасывающей, так и нагнетательной систем, а также параметров клапанов, д получения большей эффективности.
Достоверность полученных в работе результатов подтверждает использованием обоснованной расчетной схемы, математической модел основанной на фундаментальных законах физики, удовлетворительным совпаденш результатов расчета с данными экспериментов, проведенных в рамках настоящ работы, в том числе диаграммами изменения давления во всасывают, трубопроводах, индикаторными диаграммами и диаграммами движения клапане полученными при исследованиях на воздушном компрессоре 2ВУ-2.5/12 и бытовом холодильном компрессоре NR-75 с хладоагентами R12 и R134a лаборатории кафедры компрессоростроения Санкт-Петербургского Государственно Технического Университета.
Практическая значимость работы состоит в следующем: -разработана и экспериментально проверена математическая модель рабоч процессов в поршневых компрессорах с учетом нестационарных явлений коммуникациях, на основе уравнений сохранения, описывающих неустановившее течение газа;
-полученные результаты моделирования позволяют рассмотреть процесс изменения
параметров газа в различных сечениях всасывающей коммуникации, а также изучить
совместное влияние неустановившегося течения газа в трубопроводе и динамики
клапана;
-разработанная модель позволяет выявить основные факторы, влияющие на
колебания давления во всасывающей системе, и их влияние на интегральные
показатели работы компрессора;
-при модернизации компрессора с применением "акустического наддува"
разработанные методика и программа позволяют выполнить необходимую
корректировку параметров всасывающей системы и клапанов для получения
наибольшего эффекта;
-разработанные с использованием математической модели программы расчета
ступени поршневого компрессора для сжатия идеального и реального газа
используются в расчетной практике в АО ЛЕННИИХИММАШ, а также в учебном
процессе на кафедре компрессоростроения СПбГГУ и в ТУ Дрезден (Германия).
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на VII, IX и X МНТК по компрессоростроению (Казань, 1985,1993,1995г.), на Российской НТК "Инновационные наукоемкие технологии для России"(Санкт-Петербург, 1995г.),на МНТК "Холод и пищевые производства" (Санкт-Петербург, 1996г.), на Международных конференциях по компрессоростроению (США, университет Пурдью, 1992,1994 и 1996 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 статей, из них 3 в США.
Объем и структура писсертаиии. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы. Содержит стр. машинописного текста, иллюстраций и таблиц.