Разработка метода расчета и анализ рабочего процесса спиральных компрессоров
Основные инженерно-технические принципы и идеи, дающие возможность сконструировать спиральный компрессор, высказывались еще в конце прошлого века в различных странах, в частности в Италии, однако, по более или менее установившемуся в литературе признанию, считается, что один из самых первых патентов на изобретенный им «роторный двигатель» получил в октябре 1905 года Leon Creux в Соединенных… Читать ещё >
Содержание
- Условные обозначения
- Глава 1. Обзор состояния проблемы
- 1. 1. Конструктивная схема и принцип действия СПК
- 1. 2. Классификация СПК
- 1. 3. Конструкции спиральных компрессоров
- 1. 4. Компрессоры без смазки с пониженным уровнем шума
- 1. 5. Многозаходные СПК
- 1. 6. Защита СПК от перегрева
- 1. 7. Материал спиралей, уплотнения
- 1. 8. О технологии изготовления спиралей
- 1. 9. Противоповоротное устройство
- 1. 10. Исследование деформаций спиралей и сопутствующих эффектов
- 1. 11. Форма ребер спиралей и сопряжений
- 1. 12. Динамика спирального компрессора. Динамические модели СПК
- 1. 13. Различные кривые как образующие ребер спиралей. Параметры спиралей
- 1. 14. Теоретические вопросы сопряжения ребер спиралей
- 1. 15. Модели рабочего процесса СПК
- 1. 16. Постановка задачи настоящей работы
- Глава 2. Выбор схемы и геометрия рабочих органов спирального компрессора
- 2. 1. Выбор схемы спирального компрессора. Постановка задачи расчета образующих кривых для рабочего элемента СПК
- 2. 2. Формулировка метода коррекции взаимодействующих поверхностей 59 2.2.1. Расчет образующей ребра спирали методом коррекции
- 2. 2. 2. Расчет профилей концевых участков образующих спиралей методом коррекции
- 2. 3. Отыскание огибающих семейства кривых с помощью общих принципов и методов дифференциальной геометрии
- 2. 4. Расчет образующей спирали рабочего элемента как эквидистантой кривой
- 2. 5. Сопряжение образующих спиралей рабочего элемента с помощью семейства окружностей
- 2. 6. Выводы по главе
- Глава 3. Моделирование рабочего процесса спирального компрессора
- 3. 1. Рабочий цикл спирального компрессора. Образование рабочих полостей. Количество рабочих полостей. Зависимость объема рабочей полости от орбитального угла
- 3. 2. Зависимость параметров рабочего тела от орбитального угла (первичное распределение). Ограничение давления и температуры сверху
- 3. 3. Расчет газовых перетечек между рабочими полостями
- 3. 4. Термодинамический расчет рабочего процесса СПК
- 3. 5. Выводы по главе
- Глава 4. Газовые силы и их действие. Потери давления 109 4.1.0 расчете силы давления газа на цилиндрическую поверхность
- 4. 2. Расчет радиальных и осевых газовых сил, действующих на спирали компрессора
- 4. 3. Потери давления на всасывании
- 4. 3. 1. Потери давления за счет скорости потока газа
- 4. 3. 2. Потери давления, вызываемые непосредственно расширением полости всасывания
- 4. 4. Потери давления на нагнетании
- 4. 5. Выводы по главе
- Глава 5. Модельные расчеты. Параметрический анализ
- 5. 1. Модификация модели рабочего процесса для идеального газа. Учет теплообмена со стенками полости
- 5. 2. Влияние величины зазоров на рабочий процесс СПК
- 5. 3. Влияние температуры стенок полостей компрессора на рабочий процесс
- 5. 4. Влияние коэффициента теплоотдачи на рабочий процесс
- 5. 5. Модель рабочего процесса для реального газа
- 5. 6. Рабочий процесс холодильного компрессора
- 5. 7. Выводы по главе
- Заключение
- Литература Приложения
- УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
- 8. эксцентриситет подвижной и неподвижной спиралей
0 орбитальный угол- г полярный радиус- ф полярный угол- г0 шаг спирали Архимеда, радиус начальной окружности- д первоначальная ширина спиральной полосы- ширина откорректированной спирали- О угол закрутки спирали-
М, переходная точка между пером и концевым участком спирали- г&bdquo- ,<р, полярные координаты переходной точки-
Я радиус кривизны- у отношение эксцентриситета в к радиусу начальной окружности г0- р VI полярный угол точки возврата для огибающей- р0 значение полярного угла, соответствующее точке пересечения внешней образующей пера спирали с осью абсцисс- г с радиус малой сопрягающей окружности-
О, центр малой сопрягающей окружности-
О2 центр большой сопрягающей окружности- рсг значение полярного угла, при котором радиус малой сопрягающей окружности определению не поддается (см. (2.34)) — Ф угол раскрытия сопряжения- в0 значение орбитального угла, при котором заканчивается цикл всасывания- к высота ребра спирали-
5 площадь рабочей полости-
V объем рабочей полости- рм, (рм полярные координаты точек, ограничивающих рабочую полость в плане (см. рис. 3.1 и уравнение (3.3)) — р давление- р о давление на всасывании-
0 объем полости в момент окончания всасывания-
Т температура-
Г0 температура рабочего тела на всасывании- ка показатель адиабаты-
Я, радиус вырезанного в центральной части системы спиралей круга- ш масса газа в рабочей полости- р0 плотность газа на всасывании- т массовый расход- рх давление газа на выходе щели- р2 давление газа на входе щели-
Ь длина щели-
8 высота щели (величина зазора) —
8, высота тангенциального зазора-
8 Г высота торцевого (радиального) зазора- ширина щели- сумма коэффициентов местных сопротивлений на входе и выходе из щели-
Лс коэффициент трения газа о стенки щели- р" плотность газа на входе в щель-
Т2 температура газа на входе в щель-
И универсальная газовая постоянная-
Яе число Рейнольдса- ц динамическая вязкость газа- р№- давление газа в рабочей полости с индексами у к-
Т1]к температура газа в рабочей полости с индексами у к- т1]к масса газа, заключенного в полости с индексами ук-
0 объем полости с индексами у к-
А тук масса газа, пришедшая в рабочую полость с индексами у к-
Ат~к масса газа, ушедшая из рабочей полости с индексами у к- с19 угол поворота вала СГЖ при совершении одного шага по орбитальному углу- со частота вращения вала СГЖ-
Шук массовый расход газа при перетечке из полости с более высоким давлением в рассматриваемую- т~к массовый расход газа при перетечке из рассматриваемой полости в полость с более низким давлением- количество тепловой энергии, пришедшее в рассматриваемую полость-
ЬО~цк количество тепловой энергии, ушедшее из рассматриваемой полости- ср теплоемкость при постоянном давлении- тк масса газа, нагнетаемая компрессором за один оборот вала- теоретическая объемная производительность СГЖ-
П отношение давлений нагнетания и всасывания-
0 площадь сечения окна всасывания- площадь сечения окна нагнетания- т средняя скорость движения газа-
V! линейная скорость движения точки спирали по орбите- п вектор единичной длины (орт) —
Ра осевая газовая сила-
V радиальная газовая сила-
Мг раскручивающий момент, противодействующий вращению вала компрессора-
М^ опрокидывающий момент радиальной газовой силы Ь-
М5 стабилизирующий момент осевой газовой силы? а- и полная внутренняя энергия газа- а коэффициент теплоотдачи между газом и стенками полости-
РЦ1 площадь теплообменной поверхности- температура стенок полости- t время- удельная энтальпия- р (1 давление нагнетания- объем рабочей полости в начале нагнетания- Та температура нагнетания- г коэффициент сжатия реального газа
Список литературы
- Абросимов Ю.А., Сибгатуллин Р. Г., Сагадеев Р. Г., Уравновешивание подвижных частей спиральных компрессоров // Тезисы докл. XI международной научно-технической конференции по компрессорной технике. Казань, 1998- СПб, 1998, стр.88-
- Бур данов Н.Г., Канышев Г. А., Спиральные компрессоры для холодильных машин, ЦИНТИхимнефтемаш, М., 1991-
- Верный А.Л., Ибрагимов Е. Р., Ибрагимов Н. Б., Налимов В. Н., Хисамеев И. Г., Результаты испытаний макетного образца спирального компрессора // Компрессорная техника и пневматика, СПб, 1996, вып. 1−2(10−11), стр. 70-
- Ю.Карпухин Г. В., Сакун И. А., Построение конфигураций рабочих элементов спирального компрессора // Компрессорная техника и пневматика, СПб, 1994, вып. 4−5, стр. 45-
- П.Карпухин Г. В., Сакун И. А., Построение начальных участков рабочих элементов спирального компрессора // Компрессорная техника и пневматика, СПб, 1996, вып. 1−2 (10−11), стр. 73-
- Косачевский В.А., О геометрии рабочих элементов спирального компрессора // Компрессорная техника и пневматика, СПб, 1994, вып. 4−5, стр. 49-
- Косачевский В.А., О математической модели рабочего процесса спирального компрессора // Компрессорная техника и пневматика, СПб, 1997, вып. 1−2 (1415), стр. 40-
- Косачевский В.А., Фотин Б. С., Селезнев К. П., О математической модели спирального компрессора // Тезисы докл. XI международной научно-технической конференции по компрессорной технике. Казань, 1998- СПб, 1998, стр. 84-
- Кочетова Г. С., Сакун И. А., Состояние и направление развития спиральных компрессоров. ЦИНТИхимнефтемаш, М., 1988-
- Сакун И.А., Винтовые компрессоры. Машиностроение, JL, 1970-
- Сакун И.А., Кочетова Г. С., Вертикальная спиральная машина, а. с. СССР № 1 576 724, 7.07.1990 // ЛТИХП-
- Сакун И.А., Фоменко М. В., Некоторые особенности газодинамических процессов в спиральном компрессоре // Повышение эффективности процессов холодильных машин и установок низкопотенциальной энергетики. Межвуз. сб. научных трудов, СПб, СПбТИХП, 1993-
- Фоменко М.В., Разработка методики расчета и исследование спирального холодильного компрессора. Диссертация на соискание уч. степ. канд. техн. наук, СПбТИХП, 1994-
- Фотин Б.С., Рабочие процессы объемных компрессоров. Учебное пособие // ЛПИ, Л., 1986-
- Фотин Б.С., Пирумов И. Б., Прилуцкий И. К., Пластинин П. И., Поршневые компрессоры. Учебное пособие- под общ. ред. Б. С. Фотина // Д., Машиностроение, 1987-
- Barito T.R., Fraser Н.Н., Magnetically actuated seal for scroll compressor, Пат. США № 5 145 345 // Carrier Corp., заявка 04.05.1991-
- Boyle D., Calculation of optimal value of taper for the drive pin of the scroll compressor crankshaft // Proc. ICEC at Purdue Univ., 1992, p. 1069-
- Bush J.W., Beagle W.P., Derivation of a general relation governing the conjugacy of scroll profiles // Hermetic Compressor Engineering, United Technology Carrier Corporation, Syracuse, New York 13 221 // Proc. ICEC at Purdue Univ., 1992, p.1079-
- Bush J.W., Beagle W.P., Minimum diameter scroll component, Пат. США № 18 424, 1992 // Carrier Corp.-
- Bush J.W., Elson J.P., Scroll compressor design criteria for residential air conditioning and heat pump applications. Part I. Mechanics //Proc. ICEC at Purdue Univ., 1988, p.83 // Part II. Design criteria // Ibidem, p.93-
- Bush J.W., Haller D.K., Galante C.R., General stability and design specification of the back-pressure supported axially compliant orbiting scroll // Proc. ICEC at Purdue Univ., 1992, p. 853-
- Caillat J.-L., Modified wrap scroll-type machine, Пат. США № 4 781 549 // Copeland Corp. 01.11.1988-
- Caillat J.-L., Ni Shimao, Daniels M., A computer model for scroll compressors // Proc. ICEC at Purdue Univ., 1988, p.47-
- Cho Y.-H., Lee B.-C., Development of high efficiency scroll compressor for package air conditioners // LG Electronics, Korea // Proc. ICEC at Purdue Univ., 1996, p. 323-
- Chrustalev B.S., Zdalinsky V.B., Bulanov V.A., Mathematical model of reciprocating compressor with one or several stages for the real gases // Proc. ICEC at Purdue Univ., 1996, p. 211-
- Compresseurs d’air a spirales non lubrifees // Mach. Prod., 1993, No 596, Suppl., p.87-
- Creux Leon, Rotary engine, Пат. США No 801 182, 1905-
- Druckluft aus der Spirale / Drucklufttechnik, 1992, N 1−2, S. 26-
- Druckluftversorgung im Saarstahlwerk // Produktion, 1993, No 34, S. 8-
- Emmenthal K.-D., Kuhlanordnung, заявка ФРГ № 3 810 052 // Volkswagen AG, 20.10.1988-
- Emmenthal K.-D., Muller С., Schafer О., Verdrangermaschine fur kompressible Medien, Заявка ФРГ 3 736 799 // Volkswagen AG, 28.07.1988-
- Etemad S., Yannascoli D., Hatzikazakis M., Scroll machine with wraps of different thicknesses, Пат. США № 4 834 633 // Carrier Corp., 30.05 1989-
- Etemad S., Nieter J.J., Computational parametric study of scroll compressor efficiency, design, and manufacturing issues // Proc. ICEC at Purdue Univ., 1988, p.56 (Carrier Corp., United technologies research center (UTRC)) —
- Fukuhara H., Muramatsu S., Masunaga H., Scroll fluid machine and producting method for the same, Пат. США № 5 277 562 // Matsushita Electric Industrial Co. Ltd-
- Fukuhara Y., Setoyama M., Zenba К., Разработка спирального компрессора нового типа // Tokio Rev., 1993, 36, № 2, p.23-
- Giittinger Heinrich, Displacement machine for compressible media, Пат. США № 3 989 422, Novem 2,1976-
- Hayano M., Nagatomo S., Sakata H., Hatori Т., Performance analysis of scroll compressor for air conditioners //Toshiba Corp.// Proc. ICEC at Purdue Univ., 1986, p.856-
- Hayano M., Sakata H., Nagatomo S., Murasaki H., An analysis of losses in scroll compressor // Proc. ICEC at Purdue Univ., 1988, p. 189, Toshiba Corp.-
- High efficiency and lightweight railway vehicle air conditioners using inverterdriven scroll compressors // Hitachi Rev., 1988, v.37, No 6, p.427-
- Hiraga M., Sakaki M., Shimizu S., Mabe A., Tsukagosi Y., Terauchi K., Scroll compressors for vehicle air conditioning // Refrigeration, 1987, v.62, No 720, p.1106-
- Hirano Т., Fukami S., Maeda M., Rotary type fluid machine, Пат. США № 4 678 416, Jul 7 1987 // Mitsubishi Jukogyo K.K.-51 .Hirano Т., Hagimoto H., Rotary type fluid machine, Пат. США N4678415, Jul 7 1987 // Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha-
- Hirooka К., Hirano Т., Ono Т., Tanigaki R., Scroll type compressor, Пат. США № 5 074 760 // Mitsubishi Jukogyo K.K., заявка 19.07.1989-
- Kakuda M., Morishita E., Scroll-type fluid transferring machine with separate motor driving each scroll, Пат. США № 4 756 675, 12.07.1988 // Mitsubishi Denki K.K.-
- Kassouf T.L., Fraser H.H., Etemad S., Lane W.R., Rolling element radial compliancy mechanism, Пат. США № 5 111 712// Carrier Corp., заяв. 06.10.1988-
- Kolb R., Weber J., Verdrangermaschine nach dem Spiralprinzip., Пат.Швейц. № 673 874 // BBC AG Brown, Boveri und Cie, 12.04.1990-
- Li Liang-shen, Shu Peng-cheng, Yu Yong-zheng, Effect of scroll wraps on performances of scroll compressor // Proc. ICEC at Purdue Univ., 1996, p. 579-
- Liu Zhenquan, Du Guirong, Yu Shikai, Wang Mingzhi, The graphic method of modified wrap of scroll compressor// Proc. ICEC at Purdue Univ., 1992, p. 1099-
- Maertens M., Richardson H., Scroll compressor operating envelope considerations // Proc. ICEC at Purdue Univ., 1992, p.587-
- Marchese A.J., Dynamics of an orbiting scroll with axial compliance, Part II: Experimental technics // Proc. ICEC at Purdue Univ., 1992, p.871-
- Marler M.E., Kumar K.B., Determination of scroll wrap contact stresses using the boundary element method // Proc. ICEC at Purdue Univ., 1992, p. 1117-
- Matsudaira Y., Hiraga M., Scroll type fluid displacement compressor with spiral wrap elements of varying thickness, Пат. США № 4 627 800, Dec. 9 1986 // Sanden Corp.-
- Montelius, Carl Oscar Joseph, Rotary compressor or motor, Пат. США № 2 324 168, 1943-
- Mori Т., Fukanuma Т., Idzumi Y., Yoshida Т., Scroll type compressor with elongated discharge port, Пат. США № 5 242 283 // K.K. Toyoda Jidoshokki Seysakusho, заяв. 10.03.1992-
- Morishita E., Kakuda M., Sugihara M., Inaba Т., Nakamura Т., Kimura Т., Scroll compressor with driving and driven scroll, Пат. США № 4 781 550 // Mitsubishi Denki K.K., 01.11.1988-
- Morishita E., Kakuda M., Sugihara M., Inaba Т., Nakamura Т., Kimura Т., Scroll compressor with control of distance between driving and driven scroll axes., Пат. США № 4 840 549 // Mitsubishi Denki K.K., 20.06.1989-
- Morishita E., Kitora Y., Nishida M., Basic study on engine with scroll compressor and expander // Proc. ICEC at Purdue Univ., 1992, p. 577-
- Morishita E., Kitora Y., Suganami Т., Yamamoto S., Nishida M., Rotating scroll vacuum pump // Proc. ICEC at Purdue Univ., 1988, p. 198-
- Morishita E., Sugihara M., Inaba Т., Nakamura Т., Scroll compressor analytical model // Proc. ICEC at Purdue Univ., 1984, p.487-
- Muir E.B., Griffith R.W., Lilienthal G.W., Scroll-type machine with rotation controlling means and specific wrap shape, Пат. США № 4 609 334, 1986-
- Narumiya H., Sakaino K., Oide M., Journal bearing performance in a scroll compressor // Proc. ICEC at Purdue Univ., 1992, p.871-
- Nieter J.J., Barito T.R., Dynamics of compliance mechanisms in scroll compressors, Part I, Axial compliance // Proc. ICEC at Purdue Univ., 1990, p.308-
- Nieter J.J., Dynamics of scroll suction process // Proc. ICEC at Purdue Univ., 1988, p. 165 UTRC-
- Nieter J.J., De Blois R.L., Counterweighting scroll compressor for minimal bearing loads // Proc. ICEC at Purdue Univ., 1988, p. 175-
- Nieter J.J., Marchese A.J., De Blois R.L., Dynamic axial compliance to reduce friction between scroll elements // Proc. ICEC at Purdue Univ., 1992, p. l 107-
- Puff R., Krueger M., Influence of the main constructive parameters of a scroll compressor on its efficiency // Proc. ICEC at Purdue Univ., 1992, p. 107-
- Richardson H., Gatecliff G., Comparison of the high side vs. low side scroll compressor design // Tekumseh Products Company // Proc. ICEC at Purdue Univ., 1992, p. 603-
- Remy Cecile, Comment Maneurope industrialise sou nouveau compresseur // Ind. et Techn., 1992, No 732, p. 56-
- Rode D.W., Scroll compressor having high temperature control, Пат. США № 5 368 446 // Copeland Corp.-
- Sanyo commences the mass production of a scroll-type compressor // Techno Jap., 1989, 22, No ll, p.82-
- Sato S., Технология изготовления спиральных элементов для герметичных компрессоров орбитального типа методом точной штамповки, Заяв. 2 197 506 Япония // Toshiba К.К., 06. 08. 1990-
- Scroll compressor FX-80 for automotive air-conditioner // Mitsubishi heavy industries Ltd. Technical Rev., 1987, v. 24, No 3, p. 233-
- SF-scroll series of compressors relies on a radically new technology // push. Prod. NZ, 1996, Apr., p. 12-
- Shaffer R.A., Putting a new spin on small air compressors // Mach. Des., 1995, 67, No 19, p.54-
- Shu H.T., Peraccio A.A., Dynamics of an orbiting scroll with axial compliance, Part I, Simulation of orbiter axial motion // Proc. ICEC at Purdue Univ., 1992, p. 861-
- Spinnler F., Verdrangermaschine nach dem Spiralprinzip, Пат. Швейц. № 673 680 // BBC Brown Boveri AG, 30.03.1990-
- Spinnler F., Verdrangermaschine nach dem Spiralprinzip, Пат. Швейцарии № 675 451, 1990 // ASEA Brown Boveri AG-
- Spiralkompressoren high speed gefrast, // Fertigung, 1991, 17, № 10, S. 125-
- Suefuji K., Arata Т., Ibaraki Y., Shibayashi M., Okamoto J., Scroll compressor with a stationary and orbiting member of different materials, Пат. США № 5 125 810 // Hitachi Ltd, заявка 10.05.90-
- Suefuji K., Senshu Т., Arata Т., Muramatsu M., Okamoto J., Murayama A., Scroll-type fluid machine with different terminal end wrap angles, Пат. США № 4 904 170 // Hitachi Ltd, 27.02.1990-
- Suefuji K., Shibayashi M., Minakata R., Tojo K., Deformation analysis of scroll members in hermetic scroll compressors for air conditioners // Proc. ICEC at Purdue Univ., 1988, p.583-
- Suzuki A., Aoki M., Oil free scroll compressor, Пат. США № 5 358 387 // Hitachi Ltd., 13.02.94-
- Terauchi K., Axial sealing mechanism for a scroll type fluid displacement apparatus, Пат. США № 4 627 799, Dec. 9 1986 // Sanden Corp., Japan-
- Tojo K., Ikegawa M., Maeda N., Machida S., Shibayashi M., Uchikawa N., Computer modeling of scroll compressor with self adjusting back-pressure mechanism, // Proc. ICEC at Purdue Univ., 1986, p.872-
- Tojo K., Ikegawa M., Shibayashi M., Arai N., Arai A., Uchikawa N., A scroll compressor for air conditioners //Hitachi Ltd. // Proc. ICEC at Purdue Univ., 1984, p.496-
- Tsunada M., Morishita E., Scroll type compressor // Mitsubishi Denki K.K., 16.01.1988-
- Uchikawa N., Terada H., Arata Т., Scroll compressors for air conditioners // Hitachi Rev., 1987, 36, No 3, p. 155-
- Vess K., Spiralverdichter fur kompressible Medien, Заявка ФРГ 4 215 038 // Bitzer Ktihlmaschinenbau GmbH & Co. KG. 07.05.1992-
- Vulliez P., Volumetric device such as a vacuum pump or the like, having an exact circular translation cycle, Пат. США № 3 473 728, 1969-
- Wang Zongyan, A new type of curve used in the wrap design of the scroll compressor // Wuhan instrumental fabrik, PRC // Proc. ICEC at Purdue Univ., 1992, p.1089-
- Wankel F., Rotary piston machines, London Iliffe Books, London, 1963-
- Xiong Ze Nan, Qian Zhong Liang, Hu Zhi Ping, Characteristics of the plain bearing in scroll compressors // Proc. ICEC at Purdue Univ., 1992, p. 535-
- Young N.O., McCullough J.E., Scroll-type positive fluid displacement apparatus, Пат. США № 3 884 599, 1975-
- Yu Duli, Ameel T.A., Warrington R.O., Thermal and static finit element analysis of fixed scroll deformation // Proc. ICEC at Purdue Univ., 1996, p.465-
- Yu Yongzhang, Xu Yuhua, Li Liansheng, The mechanical analyses of a scroll compressor // Proc. ICEC at Purdue Univ., 1992, p. 893-
- Zhu Jie, Wang Disheng, Zhu Jiang, Research of the discharge port of scroll oil pump // Proc. ICEC at Purdue Univ., 1992, p. 611-