Развитие теории, методов расчета и оптимального проектирования поршневых компрессорных и расширительных машин

• Автор: Прилуцкий, Андрей Игоревич
• Шифр специальности: 05.04.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 454 с. : ил. + Прил. (144 с.: ил.)

СОДЕРЖАНИЕ
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
РАЗДЕЛ I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.
ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Поршневые компрессорные и расширительные машины.
Актуальность совершенствования конструкций,
методов расчета и принципов проектирования
1.2. Компоновка органов газораспределения в ступенях
поршневых машин
1.3. Расчетное и экспериментальное исследование систем газораспределения в составе ступеней МОД
1.4. Развитие конструкций, рабочих циклов и методики расчета паро-жидкостных детандеров
1.5. Обобщение результатов литературного обзора
1.5.1. Формулировка технической и научной проблем
1.5.2. Алгоритм комплексного исследования МОД
1.6. Структурная схема выполнения работы. Основные задачи
РАЗДЕЛ II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТЕНДЫ И УСТРОЙСТВА.
МЕТОДИКИ. ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ. НАТУРНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
2.1. Задачи эксперимента
2.2. Стенды статически продувок. Методика эксперимента
2.3. Специальные устройства
2.3.1. Имитатор ступени детандера
2.3.2. Имитатор рабочей полости компрессорной ступени
2.3.3. Устройство для определения коэффициента давления в сложных газодинамических каналах компрессорных ступеней
2.4. Результаты эксперимента. Обработка экспериментальных
данных. Эмпирические зависимости
2.4.1. Коэффициент расхода сложной газодинамической системы
(цилиндр - канал - полость всасывания или нагнетания)
2.4.2. Коэффициент давления сложной газодинамической системы (цилиндр - канал - полости входная и выходная)
2.4.3. Коэффициент расхода выхлопных окон детандерной ступени
2.4.4. Коэффициент расхода кольцевых нормально-открытых
клапанов детандерных ступеней

2.4.5. Коэффициент давления кольцевых
нормальнооткрытых клапанов
2.4.6. Анализ герметичности органов газораспределения
2.5. Натурные испытания МОД
2.5.1. Задачи. Стенды. Методика эксперимента
2.5.2. Натурные испытания детандерной ступени
в составе ДКА20-8/1С и ДКА30-10/1С
2.5.3. Погрешности эксперимента
2.5.4. Условные зазоры и эмпирические зависимости в составе
математической модели и прикладной программы расчета
Заключение
РАЗДЕЛ III. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОЧИХ
ПРОЦЕССОВ МАШИН ОБЪЁМНОГО ДЕЙСТВИЯ
3.1. Инженерные методы расчета МОД. Современное состояние
3.2. Введение в математическое моделирование
рабочих процессов машин объёмного действия
3.3. Концепция совершенствования математической модели
и прикладной программы расчета ступеней МОД
3.4. Требования к объёму выходной информации
3.5. Рациональные области практического применения
3.6. Объекты исследования
3.7. Математическая модель рабочих процессов в ступенях
машин объёмного действия
3.7.1. Введение
3.7.2. Принятые допущения
3.7.3. Формализация физических процессов в ступени МОД
3.7.4. Расчет свойств реальных рабочих веществ
3.7.5. Об адекватности модели при вычисления свойств веществ
в газовой и парожидкостной области. Экспресс-программа
3.7.6. Моделирование работы органов газораспределения
3.7.7. Моделирование рабочих процессов уплотнительных узлов
3.7.8. Определение интегральных параметров ступени МОД
3.8. Заключение
РАЗДЕЛ ГУ. НОВАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ОТДЕЛЬНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ
ТЕОРИИ МАШИН ОБЪЁМНОГО ДЕЙСТВИЯ
4.1. Коэффициент подачи ступени компрессора и его составляющие
4.1.1. Новый подход к понятию объёмного коэффициента Хо
4.1.2. Удельная теплообменная поверхность ступени компрессора
4.1.3. Расширенная интерпретация коэффициента подогрева V
4.1.4. Динамическая негерметичность клапанов
4.2. О корректности гипотезы VBC =/(рсв ,Г„с, R) = const ??
4.3. Современный подход при анализе рабочих процессов в ступени ПК на основе расчетных циклов
в координатах Г-s и h-M
4.4. VA < Уб- Парадокс или закономерность ??
4.5. Теплообмен в ступенях ПК с переменным объёмом цилиндра.
Масштабный фактор
4.6. Совместное влияние теплообмена и массопереноса
на рабочий цикл ступени МОД
4.7. Особенности работы детандерной ступени
с двухклапанным газораспределением при рц —► рк
4.8. Заключение
РАЗДЕЛ У. МЕТОДИКИ. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ И КОНСТРУКЦИЙ СТУПЕНЕЙ
ПОРШНЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ
Введение
5.1. Упрощенная методика анализа колебаний давления
в полостях всасывания и нагнетания конечного объёма.
Оптимизация объёмов полостей и диаметров
входного и выходного патрубков
5.2. Разработка и оптимизация конструкций самодействующих
клапанов повышенной надежности и эффективности
5.2.1. Введение.
Самодействующие клапаны поршневых компрессоров
5.2.2. Основы оптимизации клапанов поршневых компрессоров
5.2.3. О целесообразности применения клапанов грибкового типа
в составе ступеней оппозитных компрессоров
5.3. Расчетно-теоретический анализ
5.3.1. Многоцелевые компрессоры
5.3.2. Анализ работы ступеней детандер-компрессорного агрегата в составе установок вымораживания высокомолекулярных примесей из паро-воздушных смесей (ПВС)
5.3.3. Компрессоры с повторно-кратковременным режимом работы
5.4. Заключение

постановка экспериментальных исследований и принятые конструкторские решения в их взаимосвязи были направлены на совершенствование отечественной техники. Они отличаются глубиной анализа протекающих физических процессов и доведение полученных результатов до внедрения в реальных машинах. В то же время предложенные авторами практические рекомендации относятся в основном к сравнительно низкооборотным машины. Применение предложенных ими методов расчета к современным высокооборотным компрессорам в ряде случаев приводит к значительным погрешностям и требует их дальнейшего развития.
Последующие научные школы, сложившиеся в МВТУ им. Баумана, ЛПИ им. Калинина, Ленниихиммаше, НПО «Компрессор» и др. по существу развивали указанные выше направления, ориентируясь на существующие тенденции в компрессоростроении: повышение требований по надежности и эффективности в условиях повышенной частоты вращения вала и отношения давлений в ступенях при отсутствии смазки цилиндров, а в ряде случаев и водяного охлаждения.
Для этого периода характерно расширение числа работ связанных с созданием и совершенствованием методов расчета, ориентированных на математическое моделирование работы клапанов поршневых машин.
В публикациях ЛПИ им. М.И. Калинина [26, 27, 37, 49, 58, 61, 121, 124] клапан рассматривается как самостоятельный узел, не имеющий обратной связи с работой ступени. В работе А.И. Борисоглебского и Р.В. Кузьмина [17] приведен подход к анализу работы клапанов в процессах всасывания и нагнетания с одновременным использованием уравнений потерь и динамики движения пластин клапанов. В этом же направлении известны работы ряда авторов созданного в те годы специализированного предприятия «Венибе» (Литва) по производству клапанов. Объектом их исследований являлись прямоточные клапаны различных модификаций [12,63,113].
Широкий комплекс работ проводится в это время и в головной организация в области разработки, исследования и подготовки производства