Разработка и совершенствование методов расчёта рабочих процессов поршневых расширительных машин и агрегатов с самодействующими клапанами

• Автор: Загородников, Антон Павлович
• Шифр специальности: 05.02.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 190 с. : ил.

1. Список обозначений
Приведенные обозначения распространяются на всю диссертационную работу. Некоторые обозначения, которые имеют силу только в пределах одного раздела, описываются в соответствующем разделе. а - относительное мертвое пространство; а - коэффициент теплоотдачи, Вт/м2-К;
Л - коэффициент теплопроводности, Вт/м-К;
С - упругая постоянная клапана (жесткость), Н/м;
Ср - удельная теплоемкость при постоянном давлении, Дж/кг-К;
Су - удельная теплоемкость при постоянном объеме, Дж/кг-К;
В - диаметр, м;
С - площадь поверхности, м2; g - ускорение свободного падения, м/с2; к - показатель адиабаты;
I - длина, м;
С, А - работа, Дж;
М - масса, кг;
т - массовый расход газа, кг/с; ц - коэффициент расхода; п - частота вращения, с“1; р - давление газа, Н/м2;
Р - сила, Н; р - плотность, кг/м3;
К - газовая постоянная, Дж/кг;
Б - ход поршня, м;
Т - температура газа, К;
II - внутренняя энергия, Дж;

/г - высота подъёма запорного элемента клапана, м; удельная энтальпия, Дж/кг;
т - время, с;
со - угловая скорость, рад/с;
V - объём, м3;
V - производительность (объемный расход), м3/с;

Ук - объем, описываемый поршнем за один оборот, м ; ср - угол поворота коленчатого вала, рад ;
(3 - теплота, Дж; г - количество элементов; сд - коэффициент давления.
Индексы:
вс - всасывание; г - газ; к - компрессор; кл - клапан; н -начальное; пд -пневмодвигатель; пр - пружина; п - поршень; пл - пластина; с - седло; ст -стенка; тр - трение; уп - уплотнение; ут - утечка; ц - цилиндр; ш - шатун.

Содержание
1. Список обозначений
Введение
Глава 1. Литературный обзор. Постановка задач исследований
1.1. Поршневые расширительные машины
1.2. Применение самодействующих клапанов в поршневых расширительных машинах
1.3. Теоретический рабочий процесс поршневой расширительной
машины
1.4. Исследования динамики самодействующих клапанов
1.5. Расчет коэффициентов давления и расхода
1.6. Математические модели рабочих процессов поршневых пневмодвигателей
1.7. Исследование расширительных машин с самодействующими клапанами
1.8. Агрегатирование поршневых машин
1.9. Цели и задачи исследований
Глава 2. Построение математических моделей поршневых машин и
агрегатов. Разработка программного средства
2.1. Состояние газа в рабочих камерах
2.2. Динамика кривошипно-шатунного механизма
2.3. Реализация расчёта математической модели
2.4. Архитектура программного средства построения и расчёта ма-
тематических моделей рабочих процессов поршневых машин и агрегатов

ностью. Степень приближения связана с точностью математического моделирования. Не обязательно увеличивать точность моделирования, если её повышение не удовлетворяет цели моделирования [104]. Об адекватности математической модели можно было бы утверждать, если автором [31], были бы экспериментально сняты быстроменяющиеся параметры (Р, Г, hкл). В этом случае математическая модель могла бы быть использована для выдачи определенных рекомендаций по установлению рациональных характеристик нормально - открытых кольцевых клапанов детандера высокого давления исследуемого типа или других детандеров с близкими конструктивными параметрами.
Экспериментальные быстроменяющиеся параметры впервые были получены Калекиным B.C. и Ваняшовым А.Д. на физической модели детандер -компрессорного агрегата, созданного на базе двухступенчатого вертикального компрессора с дифференциальными поршнями, типа 20 К-1 [2,10]. В результате экспериментальных исследований было установлено, что диапазон устойчивой работы детандера низкого давления для заданного режима работы (п, Рнач = const) определяется конструктивными параметрами нормально-открытого кольцевого клапана (Dcp, Ьпл, Спр), диаметром и числом отверстий в седле (fc).
Этот диапазон для детандера достаточно узок и определяется частью хода поршня, соответствовавшего процессу расширения. Если необходимый набор параметров клапана и, особенно hmax и Спр, подобраны неправильно, то закрытие клапана происходит при подходе поршня к НМТ после открытия верхним поршневым кольцом выхлопных окон. При таком режиме работа детандера становится не эффективной.
С помощью разработанной математической модели, которая включала все необходимые уравнения, приведенные в работе [31], дополненные только допущением об идеальности рабочей среды. Для установления адекватности математической модели физической, в результате численных экспериментов потребовалось «подгонка» расчетов, расчета под эксперимент. «Подгонялись» вели-