Введение к работе
Актуальность темы. Повышение функциональных характеристик поршневых и мембранных микрорасходных компрессоров (МК) или как их часто называют микрокомпрессоров широко применяемых прежде всего в микрокриогенных системах (МКС), является одним-из приоритетных направлений развития таких систем, а также систем жизнеобеспечения, малых холодильных машин и т. п.
Одним из наиболее ответственных узлов МК являются органы газораспределения, от совершенства которых в первую очередь зависит их экономичность, надёжность, ресурс и стабильность характеристик в процессе эксплуатации. Несовершенство конструкций существующих грибковых и тарельчатых самодействующих клапанов (СК) препятствует повышению быстроходности МК,и, следовательно, снижению их массы, габаритных размеров и себестоимости.
Актуальность работы состоит в повышении энергетической эффективности работы ступени МК и стабильности её характеристик за счёт совершенствования системы газораспределения, обеспечивающей снижение газодинамических потерь и дополнительного мёртвого объёма в СК грибкового типа.
Цель и задачи исследований. Целью работы является: повышение эффективности функционирования системы газораспределения МК объёмного действия с самодействующими клапанами грибкового типа.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Провести функциональный анализ систем газораспределения МК и выявить определяющие конструктивные и режимные факторы.
-
Разработать методику экспериментального исследования СК при условиях подвижности запорного органа и неустановившегося течения газа в проточной части, создать экспериментальный стенд для её реализации.
-
Провести экспериментальное исследование грибковых клапанов различных типов для МК методами стационарных и нестационарных продувок с целью сравнения последних и получения эмпирических зависимостей для расчёта таких клапанов.
-
Разработать программу расчёта ступени МК на базе уточнённой математической модели с использованием полученных эмпирических зависимостей.
-
Разработать экспериментальный стенд с МК и провести экспериментальное исследование на его базе с целью проверки математической модели на адекватность.
-
Провести на базе численного эксперимента параметрический анализ систем, газораспределения МК с грибковыми клапанами.
-
Разработать рекомендации по совершенствованию систем газораспределения МК с грибковыми клапанами.
Научная новизна заключается в следующем:
разработана методика экспериментального исследования СК путём их продувки неустановившемся потоком газа (метод динамической продувки);
получены обобщённые двухшраметрические эмпирические зависимости для определения коэффициентов расхода и давления грибковых клапанов с профилированным запорным органом для МК;
разработана, апробирована и экспериментально проверена математическая модель рабочих процессов ступени МК с уточнёнными эмпирическими зависимостями для расчёта клапанов;
разработаны рекомендации по разработке систем газораспределения МК объёмного действия, предложены новые технические решения, защищенные патентами на изобретения и полезную модель.
Практическая ценность состоит в следующем:
на основе усовершенствованной математической модели разработана программа, написанная на языке программирования Turbo Pascal в оболочке Delphi, позволяющая производить расчёты рабочего процесса ступени МК и его анализ при использовании различных конструкций СК;
разработана методика экспериментальных исследований СК при неустановившемся режиме течения газа;
получены двухпараметрические эмпирические зависимости для определения коэффициентов расхода и давления грибковых клапанов;
результаты исследований используются в учебном процессе на кафедре "Компрессорные и холодильные машины'и установки" ОмГТУ.
Достоверность полученных в работе результатов подтверждается:
использованием в математической модели фундаментальных законов термодинамики для тела переменной массы, обоснованным составлением расчётной схемы ступени МК;
применением современной приборной и компьютерной базы при проведении экспериментальных исследований;
удовлетворительным совпадением результатов расчета с экспериментальными данными.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Ме-ждунар. конф. тго компрессоростроению (Казань, 2001); МПС "Современные технологии при создании продукции военного и гражданского назначения" (Омск, 2001); IV МНТК "Динамика систем, механизмов и машин" (Омск, 2002); VI НТК "Исследование, конструирование и технология изготовления компрессорных машин" (Казань, 2002); II МНТК "Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке" (Санкт - Петербург, 2003); XIII МНТК по компрессоростроению "Компрессорная техника и пневматика в XXI веке", (Сумы, 2004); V МНТК "Динамика систем, механизмов и машин" (Омск, 2004).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе 4 статьи, б тезисов докладов, 2 патента на изобретение, 1 свидетельство на полезную модель.
Объём работы. Работа состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка литературы. Диссертация содержит: 215 страниц текста, 82 рисунка, 2 таблицы. Список литературы включает 145 наименований.
Автор выражает благодарность В. Л. Юше, к. т. н„ доценту кафедры "Компрессорные и холодильные машины и установки" ОмГТУ за консультации и ценные советы при работе над диссертацией.