Автореферат: Обоснование конструктивно-технологических параметров запорных органов клапанов поршневых компрессоров

Например, в табл.1 сплошная линия относится к стали 30хгса, а штриховая - 65г.

Таблица 1

общее напряжение изгиба (у_общ) при работе клапана от коэффициента прочности (ч) и диаметра ограничителя (D_О) для стальных лент (Е = 210 Гпа)

Объединение методик расчета параметров седла и запорного органа позволило разработать общий алгоритм расчета клапана (рис. 12).

Предлагаемый клапан СГИк обладает коэффициентом использования проходного сечения 0,14 - 0,16, что в полтора раза выше, чем у кольцевых клапанов. Высокий коэффициент живого сечения новых клапанов позволяет значительно сократить количество одновременно работающих воздухораспределительных органов на компрессоре, а следовательно, увеличить площадь рубашки охлаждения цилиндра машины, что достигается установкой в освободившиеся клапаны гнезда пустотелых заглушек, через которые пропускается охлаждающая вода. количество отводимого тепла увеличивается пропорционально поверхности охлаждения, что уменьшает работу сжатия и увеличивает коэффициент подачи компрессора.

В реальных условиях эксплуатации ПК отказы клапанов возникают в результате действия нескольких причин, вызывающих внезапные и постепенные отказы. Основной причиной отказа запорного органа клапана является усталостное разрушение под действием периодической нагрузки. Эти нагрузки представляют собой достаточно жесткое условие работы механических деталей, разрушение которых может наступить при нагрузках, значительно меньших, чем величина предела прочности материала (эффект Баушингера).

нет

да

Рис. 12 Общий алгоритм расчета конструктивных параметров клапана

Известно, что из-за поломок клапанов (главным образом их пластин) происходит от 70 до 90 % остановок компрессоров. Следовательно, клапаны компрессора можно рассматривать как наиболее слабое звено конструкции. Усталостное разрушение хорошо описывается распределением Вейбулла, которое является универсальным и позволяет описать весь жизненный цикл оборудования. на достаточно большом промежутке времени модель надежности не может быть составлена на основе только одного распределения. В таком случае она составляется на основе комбинации моделей. Следовательно, в нашем случае представляет интерес рассмотреть композицию двух распределений Вейбулла.

Для построения модели надежности воспользовались методом статистического моделирования с алгоритмическим генерированием на ЭВМ псевдослучайных чисел.

Полученная модель описывает нормальный период эксплуатации клапанов, включая период приработки и перехода в предельное состояние. Поскольку период приработки практически отсутствует, интенсивность отказов клапанов уменьшается, затем остается почти постоянной величиной в течение всего периода эксплуатации. В области больших значений t она возрастает, что свидетельствует о появлении процесса старения, накоплении усталостных повреждений и как следствие возникновении постепенных отказов.

Согласно известным данным, наработка на отказ клапана ПИК составляет около 1000 часов.

Проведенные промышленные испытания разработанной автором конструкции клапана показали, что наработка на отказ составляет не менее 5000 часов. Значения показателей надежности клапанов ПКУ, изготовленных по различным технологиям, для значения времени t = 720 часов приведены в табл. 2.

Таблица 2

Показатели надежности клапанов, изготовленных по различным вариантам

прямоточные клапан СГИк предназначены для поршневых компрессоров (ПК) со скоростью вращения коленчатого вала до 1500 об/мин. Они повышают производительность компрессоров на 8 - 10 %, снижают удельный расход потребляемой энергии на 7 - 9 %, наработка на отказ в среднем повышается в 2 - 3 раза. клапаны сгик удовлетворяют в основном таким требованиям, как простота конструкции изготовления, высокая ремонтопригодность, возможность использования качественных сталей для изготовления запорных органов клапанов. они обладают малым вредным пространством и по своим габаритным размерам полностью соответствуют применяемым в настоящее время клапанам, что обеспечивает возможность их установки вместо выпускаемых серийно.

Заключение

В работе на базе выполненных автором теоретических и экспериментальных исследований решена задача обоснования выбора конструктивно-технологических параметров запорных органов клапанов, снижающих потребление электроэнергии ПК. выполненные исследования позволили сформулировать следующие основные результаты работы.

Выведено уравнение, связывающее напряжения изгиба, возникающие в запорном органе (ленте) при сборке и работе клапана, с геометрическими параметрами ленты, конструктивно-технологическими параметрами клапана и материалом ленты.

Обоснованы значения величин граничных значений толщины запорного органа клапана и предложены условия по выбору его рабочей толщины и материала. Разработана методика расчета основных конструктивно-технологических параметров запорного органа клапана.

исследовано распределение натяга по периметру паза седла клапана, с учетом радиуса кривизны ленты и диаметра паза для различных материалов и конструктивных параметров.

Предложена классификация прямоточных клапанов, основанная на форме запорного органа - ленты.

использование конструкций разработанных клапанов позволяет повысить эффективность и надежность работы поршневых компрессоров за счет уменьшения частоты и интенсивности отказов. Наработка на отказ разработанного клапана в 2 - 3 раза больше, чем у известных используемых.

Разработаны математические модели надежности клапанов ПК различных конструкций на основе композиции двух распределений Вейбулла, позволяющие описать весь жизненный цикл работы клапанов.

Разработаны конструкции клапанов пк со свободно плавающей лентой запорного органа (защищенные авторскими свидетельствами).

результаты работы использованы при изготовлении, ремонте и модернизации поршневых компрессоров с получением экономического эффекта до 1990 руб. на один клапан СГИк-220 только за счет экономии потребляемой электроэнергии. Возможно применение клапанов СГИк в качестве взаимозаменяемых - всасывающих или нагнетательных (0,3 - 15 МПа) на промышленных компрессорах российского и зарубежного производства.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах

1. Статьи, опубликованные в ведущем рецензируемом научном журнале, определенном Высшей аттестационной комиссией

Волегов С. А. Обоснование конструктивных параметров самопружинящих клапанов / С. А. Волегов, М. Л. Хазин // Изв. вузов. Горный журнал. 2008. №2. с. 89 - 91.

Волегов С. А. Определение параметров запорного органа прямоточного клапана поршневого компрессора / Изв. вузов. Горный журнал. 2008. №3. с. 91 - 94.

2. Работы, опубликованные в других изданиях

Новая технология изготовления клапана поршневого компрессора / С. А. Волегов, В. И. Вотчал, М. Л. Хазин // Новые материалы и технологии в машиностроении: Сб. научн. трудов по итогам международной научно-технической конференции. Вып.7. Брянск: БГТИА, 2007. с. 6 - 8.

Волегов С. А. Определение предельной толщины запорного органа клапана поршневого компрессора / С. А. Волегов, М. Л. Хазин // Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности: Сб. докладов VI Международной научно-технической конференции. Чтения памяти В.Р. Кубачека. Екатеринбург: УГГУ, 2008. С. 45 - 47.

А. с. № 1229423 СССР, МКИ³ F 04 В 39/10, F 16 К 15/14. Прямоточный клапан / В. Т., Дмитриев, А. П. Фролов, С. А. Волегов, Д. Г. Закиров (СССР). № 3812391/25-06; Заявлено 10.11.1984; Опубл. 07.05.1987, Бюл. № 17.

А. с. № 1420292 СССР, МКИ³ 6 F 16K 15/14, F 04 B 53/10. Прямоточный клапан / В. Т. Дмитриев, П. П. Фролов, С. А. Волегов (СССР). № 4191095 Заявлено 02.09. 1987. Опубл. 30.08. 1988, Бюл. № 32.

А. с. № 1435880 СССР, МКИ³ F 16 К15/14,F 04 В 49/08. Прямоточный клапан / В. Т. Дмитриев, А. П. Фролов, С. А. Волегов (СССР). № 4165491/25-06; Заявлено 23.12.1986; Опубл. 07.11.1988, Бюл. № 41.

А. с. № 1525314 СССР, МКИ³ F 04 В 39/10, F 16 К 15/14 Прямоточный клапан / В. Т. Дмитриев, П. П. Фролов, С. А. Волегов, И. П. Шкарупило СССР). № 4387113/25-29; Заявлено 02.03.1988; Опубл. 30.11.1989, Бюл. № 44.