CC BY
22
УДК 629.114: 621.56:621.59
РАБОТА АВТОМОБИЛЬНОГО БОРТОВОГО МАЛОРАСХОДНОГО ХОЛОДИЛЬНОГО АГРЕГАТА В УСЛОВИЯХ ОГРАНИЧЕННОЙ МОЩНОСТИ
Е. А. Лысенко, А. П. Болштянский, Д. А. Кузеева, Е. А.Павлюченко
Аннотация. В статье рассмотрен метод работы автомобильного холодильного агрегата с газовым подвесом поршня малой производительности в условиях ограниченной мощности привода. Показано, что целесообразно повышение производительности агрегата при организации накопления мощности в дополнительном маховике при прерывистой работе компрессора.
Ключевые слова: холодильная техника, автомобиль, малая производительность, газовый подвес поршня.
Введение
Одним из перспективных вариантов повышения ресурса работы холодильной системы автотранспорта специального назначения является использование в его составе поршневого малорасходного компрессора с газостатическим центрированием поршня (ПКГЦП) [1, 2]. Однако, как показали теоретические и экспериментальные исследования [3], экономичность такой конструкции существенно зависит от производительности, и при расходах около 1 м3/ч и ниже потери работы от утечек и на центрирование поршня могут достигать 30% от работы цикла. В то же время, увеличение производительности приводит к заметному росту экономичности ПКГЦП, и при расходах порядка 0,2 м3/мин и выше применение газовой смазки поршня становится обоснованной.
При использовании парокомпрессионных холодильных машин в автономно и длительно работающих системах, к ним предъявляются требования по жесткому ограничению подводимой мощности. В этом случае ПКГЦП может по данному параметру не только уступить основному конкуренту - компрессору с кольцами из самосмазывающихся материалов, но и вообще оказаться негодным в соответствии с предъявляемыми техническими требованиями.
Повысить экономичность ПКГЦП (и весьма существенно) можно за счет увеличения диаметра цилиндра и производительности компрессора, применяя при этом различные методы регулирования последней. Однако при использовании любого метода регулирования производительности в качестве основного режима работы компрессора заведомо ухудшается его КПД. Таким образом, может оказаться,
что, увеличив диаметр цилиндра, например, отжав пружины всасывающих клапанов, можно получить требуемую производительность при таком же низком КПД, какой имел компрессор при малом диаметре цилиндра.
Выходом из данной ситуации может послужить комбинированный метод регулирования производительности, при котором используется режим периодического пуска компрессора с одновременным изменением в небольших пределах частоты вращения приводного вала вблизи точки оптимума. При этом можно использовать время остановки для накопления запаса механической энергии в маломощном приводе за счет применения инерционного аккумулятора.
Схема одноступенчатого ПК (система газостатического подвеса поршня условно не показана) для осуществления предложенного способа приведена на рисунке 1., хотя в качестве примера может быть использован любой компрессор объемного действия с периодическим циклом изменения объема рабочей камеры, в том числе и ПКГЦП.
Компрессор работает следующим образом (рис. 1.). При запуске избыточное давление газа в ресивере 8 отсутствует и мощности электродвигателя 14 хватает на полную раскрутку своего ротора, вала 13 и массивной части 12 муфты 11 в присоединенном к облегченной части 15 состоянии, поскольку реле 9 разомкнуто и коммутатор 10 поддерживает муфту 11 в замкнутом состоянии. При этом происходит постоянное вращение вала 16, в результате чего поршень 18 совершает возвратно-поступательное движение, изменяя объем полости 3, что приводит к попеременному всасыванию газа через клапан 5 и его нагнетанию через клапан 7 и полость 6 в ресивер 8.
Рис. 1. Схема компрессора с комбинированной системой регулирования производительности: 1. Картер. 2. Цилиндр. 3. Рабочая полость. 5. Всасывающий клапан. 6. Полость всасывания. 7. Нагнетательный клапан. 8. Ресивер. 9. Реле давления. 10. Коммутатор. 11. Электромагнитная муфта сцепления. 12. Массивная приводная часть муфты. 13. Приводной вал. 14. Электродвигатель. 15. Пассивная облегченная часть муфты. 16. Коленчатый вал. 17. Шатун. 18. Поршень. 19. Палец. 20. Датчик частоты вращения
При приближении давления нагнетания в ресивере 8 к некоторой заранее установленной величине обороты двигателя 14 начинают падать в связи с его ограниченной мощностью, возросшим сопротивлением со стороны газовых сил, возникающих в процессе сжатия в полости 3, и потерей запаса энергии вращающихся масс. При достижении в ресивере 8 этого наперед заданного давления контакты реле 9 замыкаются, что приводит к размыканию силовых контактов коммутатора 10 и размыканию частей 12 и 15 муфты 11, в результате чего движение поршня 8 останавливается. При этом потребляемая компрессором мощность резко падает и двигатель 14, будучи постоянно подключенным к электрической сети, начинает раскручивать свой ротор, вал 13 и часть 12 муфты 11 до тех пор, пока его обороты не станут равны оборотам холостого хода. В этот момент или чуть позже давление в ресивере 8 падает до номинального давления в связи с постоянным истечением газа, контакты реле 9 размыкаются, а контакты коммутатора 10 замыкаются, подключая муфту 11 к источнику электроэнергии, в результате чего части 12 и 15 приходят в сцепленное состояние, передают вращение на вал 16, и поршень 18 начинает совершать возвратно-поступательное движение. Это движение происходит с постепенным замедлением в связи с ограниченной мощностью электродвигате-
ля 14 и постоянным расходованием запаса энергии вращающихся масс.
Запаса энергии вращающихся масс и энергии, подводимой от электрической сети через двигатель 14, хватает на совершение работы сжатия массы газа, необходимой для устойчивой работы холодильной системы. При падении давления газа в ресивере 8 контакты реле 9 размыкаются и цикл работы повторяется.
Если система начинает расходовать больше газа, чем это предусмотрено (например, в связи с потерей герметичности), обороты двигателя 14 падают до критических раньше, чем давление в ресивере 8 поднимается до нормы. В этом случае срабатывает датчик частоты вращения 20, передавая сигнал на размыкание коммутатору 10, который отключает часть 12 муфты 11 независимо от давления в ресивере 8, что предотвращает перегрузку двигателя 14 и потребление им из сети повышенного расхода энергии.
При размыкании муфты 11 двигатель 14 снова раскручивает вращающиеся массы при остановленном поршне 18, и цикл работы повторяется.
Очевидно, что при осуществлении вышеприведенного рабочего процесса должно выполняться равенство затрачиваемой и подведенной энергии:
прив = lrn /1 полн
(1)
где ^ЕПРИв - полное изменение энергии вращающихся масс, LИЗ - полная изотермическая индикаторная работа компрессора за время вращения двигателя.
Если предположить, что частота вращения приводного двигателя меняется по закону, близкому к линейному, то для вычисления величины LИЗ в первом приближении можно воспользоваться следующим выражением:
l = l •v • о • -
lm, 1уд v h у
®MAX + ®MN
УД ' h
2
(2)
где шмдх и шМ1м - максимальная и минимальная частота вращения приводного вала под максимальной нагрузкой и на холостом ходу, /Уд - удельная (на 1 кг газа) изотермическая работа теоретического компрессора, затраченная на получение сжатого газа за один рабочий цикл; Ц, - рабочий объем камеры сжатия компрессора; р - плотность всасываемого газа; т - отрезок времени, в течение которого двигатель вращается в присоединенном к механизму привода состоянии (муфта сцепления замкнута).
С другой стороны,
^ЕПРИВ = dEMAX + ¿ЕЭДВ>
(3)
где dEMAX - изменение энергии вращающихся масс, ^ЕЭдВ - изменение энергии привода за счет энергии, подводимой от электродвигателя за время т.
"2 • 2m'(®MAX-®M
dEMAX = П Г"
^ЭДВ = ^ЭДВ •Т'
Д (4)
(5)
где т - приведенная к радиусу г суммарная масса вращающихся частей.
Общую массовую секундную производительность компрессора определим как
М = уь .р._МАХ + т
2
TP +т
(6)
где тР - время разгона вращающихся масс при отключенном механизме привода, для определения которого запишем очевидное равенство:
Tp = dE
МАХ /^дв- (7)
Теперь можем получить уравнение равенства энергий:
4m(n r)2 («мах «min= l^Yh^P; (8)
М =
®MAX + ®MIN ЛпОЛН
Vh Р т ^ЭДВ_
4(п г )2 • m (®max - ®MIN ) + 2т N
(9)
ЭДВ
Уравнения (8) и (9) можно решить одним из оптимизационных методов с наложением ограничений или методом простого перебора, задавая желаемые конструктивные и режимные параметры, и таким образом определить в первом приближении характеристики привода для осуществления способа комбинированного регулирования производительности при ограниченной мощности МЭдВ.
Заключение
Предложенная методика позволяет рассчитать параметры привода автомобильного малорасходного холодильного компрессора с газовым подвесом поршня при ограниченной мощности привода.
Библиографический список
1. Абакумов Л. Г., Деньгин В. Г., Кулиш Л. И. Исследование конструктивных схем газостатического поршневого подвеса компрессора// Химич. И нефтяное машиностр.- 1993. - № 5. - С. 12-14.
2. Абакумов Л. Г., Деньгин В. Г., Кулиш Л. И. Влияние параметров газостатического поршневого уплотнения на работоспособность компрессора/ НПО «Крио-генмаш». - Балашиха, Моск. обл., 1991. - 16 с. - Деп. в ЦИНТИхимнефтемаш 02.08.91, № 2205-ХН91.
3. Болштянский А. П., Белый В. Д., Дорошевич С. Э. Компрессоры с газостатическим центрированием поршня. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2002. - 406 с.
WORK OF THE AUTOMOBILE ONBOARD SMALL REFRIGERATING UNIT IN
CONDITIONS OF THE LIMITED CAPACITY
Е. A. Lysenko, A. P. Bolshtyansky, D. A. Kuzeeva, E. A. Pavluchenko
In clause the method of work of the automobile refrigerating unit with gas bearing the piston of small productivity in conditions of the limited capacity of a drive is considered. It is shown, that increase of productivity of the unit is expedient at the organization of accumulation of capacity in an additional flywheel at faltering work of the compressor.
Keywords: Refrigerating technics, the car, small productivity, gas bearing piston.
Bibliographic list
1. Abakumov L. G., Den'gin V. G., Kulish L. I. The study design schemes gas-static piston compressor suspension// Himich. i neftyanoe mashinostr.- 1993. -№ 5. - P. 12-14.
2. Abakumov L. G., Den'gin V. G., Kulish L. I. Influence of parameters of gas-static seal on the piston compressor efficiency/ NPO «Kriogenmash». -Balashiha, Moscow region, 1991. - 16 p. - Dept. in CINTIhimneftemash 02.08.91, № 2205-HN91.
3. Bolshtyansky A. P., Belyi V. D., Doroshevich S. E. Compressors gasostatic centering piston. Omsk: Publishing office OmGTU, 2002. - 406 p.
T
Лысенко Евгений Алексееви - кандидат технических наук, доцент кафедры «Гидромеханика и транспортные машины», ОмГТУ. Основные направления научной деятельности: «(Поршневые компрессорные машины», Общее количество опубликованных работ: 39. E-mail: lysenkojo@mail.ru.
Болштянский Александр Павлович - доктор технических наук, профессор кафедры «<Гидромеханика и транспортные машины», ОмГТУ. Основные направления научной деятельности: «Поршневые компрессорные машины», Общее количество опубликованных работ: 300. E-mail: alexander_p_b@mail. ru
Кузеева Диана Анатольевна - ассистент кафедры «Гидромеханика и транспортные машины», ОмГТУ. Основные направления научной деятельности: «Поршневые компрессорные машины», Общее количество опубликованных работ: 2. E-mail: kda55@list.ru
Павлюченко Евгений Александрович - кандидат технических наук, доцент кафедры «Гидромеханика и транспортные машины», ОмГТУ. Основные направления научной деятельности: «Ротационные гидропневматические агрегаты», Общее количество опубликованных работ. E-mail: hystonru@mail.ru
УДК 622.04.5
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОХОДИМОСТИ КОЛЕСА И ПЕРЕХОД К ЕГО МОДЕРНИЗАЦИИ
А. М. Муратов, А. К. Кайнарбеков
Аннотация. Исследование относится к проблемам повышения проходимости колесного движителя. В результате выясняется, что потеря энергии на преодоление препятствии превышает 50 % от первоначальной энергии. Поэтому, езда, на колесе c круглым ободом в условиях бездорожья, энергетически не целесообразна. Для езды в условиях бездорожья колесо имеет несколько модификации в виде шагающего колеса. Рассмотрено геометрические параметры шагающего колеса и доказано что, они имеют устойчивое положение.
Ключевые слова: Шагающее колесо, движитель, проходимость, бездорожье.
Введение
Исследование относится к проблемам повышения проходимости колесного движителя. Колесо существует более 5000 лет. За это время оно вошло в различные стороны нашей жизни. Это действительно одно из важнейших достижений человеческого ума. Во втором тысячелетии до нашей эры в Юго-Западной Азии люди изобрели колесо со спицами, которое использовали в телегах и других транспортных средствах.
Основная часть
В наши дни колесо транспортных средств представляет себя как пневмоколесо. Конструкция пневмоколеса отработана хорошо для езды по асфальтированной дороге. При ухудшении поверхности дороги или при езде по дорогам низкой категории пневмоколесо неузнаваемо изменяется, теряет комфортность езды, потребляет много энергии. А в условиях бездорожья, особенно при езде по снежному покрову, по песку, по размокшей дороге оно становиться беспомощным созданием.
Например: На рисунке 1 колесо, катящееся со скоростью Vo=14 (м/с), G=3000 (н), R=0,35 (м), h=0,16 (м), а=320, по инерции уда-
ряется о препятствие в точке «А» и теряет часть кинетической энергии. После удара движение колеса может продолжаться в двух направлениях: VI- - скорость в горизонтальном направлении, Vв - скорость в вертикальном направлении.
После удара скорость V-=0, следовательно, работа силы инерции АГ=Р^ будет затрачиваться полностью на деформацию грунта препятствия, а оставшаяся часть кинетической энергии колеса будет поднимать его в вертикальном направлении, совершая работу[1]:
Аг =(РГ - G(1) где hв - величина вертикального перемещения колеса (м).
Значение кинетической энергии колеса после удара будет равно:
T =
mVo2
mVk2
= P„k = M
(2)
2 2
где к - плечо силы инерции колеса, Vk=0 -конечная скорость колеса.
к = Rsin(900 - а) = Rcosа = 0,35- 0,85 = 0,3 .(м)
