Газостатический подвес поршня с псевдопористыми питателями компрессоров автомобильных рефрижераторов

Принимаем самый оптимальный вариант: 8 автомобилей и 6 прицепов, так как остальные варианты дают либо перегруз свыше 20 % номинальной грузоподъемности автопоезда, либо не обеспечивают наличие резервных автомобилей.

Складывая оптимальные результаты расчетов в таблицах 5,6 и 7, получаем, что для вывоза снабженческих грузов необходимо 24 автомобиля и 20 прицепов.

Вспомним, что при расчете вывоза эвакуационных грузов необходимо в составе автомобильной колонны иметь 31 автомобиль, то есть состав колонны должен быть: 31 автомобиль и 20 прицепов.

Что бы увеличить коэффициент использования пробега (КИПр), необходимо 7 автомобилей загрузить, уменьшив количество прицепов. В семь автомобилей Урал-4320 можно загрузить 560 задвижек Ду-100 (в ящиках по1шт.), что высвободит примерно 7 прицепов. Итого, окончательный состав колонны для вывоза снабженческих и эвакуационных грузов составит 31 автомобиль и 13 прицепов.

Подводя итог вышеизложенному, можно смело утверждать, что при втором способе расчета, учитывающим как вес перевозимого груза, так и размеры одного грузового места, наиболее полно используется объем грузовой платформы и грузоподъемность транспортных средств, те есть повышается коэффициент использования грузоподъемности.

При первом способе расчета для вывоза груза необходим 31 автомобиль и 15 прице-

пов, а при втором - 31 автомобиль и 13 прицепов. Отсюда ясно видно, что второй способ расчета более точный, обеспечивающий использования меньшего количества автопоездов для вывоза одного и того же груза. Этим способом расчета успешно пользуются студенты военной кафедры на занятиях по воинским автомобильным перевозкам.

Библиографический список

1. «Воинские автомобильные перевозки», учебник, М.А. Невдах-Рязань, 2004.

POTREBNOGO'S DESIGN PROCEDURE OF QUANTITY OF MOTOR TRANSPORT FOR IMPLEMENTATION OF TRANSPORTATIONS OF SUPPLYING AND EVACUATION CARGOES

P. F. Krivousov

On the basis of the material stated in article the structure of an automobile column, by carrying out calculations of a supply of appliances and a conclusion of evacuation cargoes, by means of calculation by the optimum way allowing most effectively to use motor transport is defined. Tab. 7. Formulas. 1. Bibl. 1.

Кривоусов Павел Федорович - доцент. Основные направления научной деятельности - педагогика.Общее количество опубликованных работ 5.e-mail: krivouson56@mail.ru.

УДК 629.114:621.57:621.512

ГАЗОСТАТИЧЕСКИЙ ПОДВЕС ПОРШНЯ С ПСЕВДОПОРИСТЫМИ ПИТАТЕЛЯМИ КОМПРЕССОРОВ АВТОМОБИЛЬНЫХ РЕФРИЖЕРАТОРОВ

Е. А. Лысенко, А. П. Болштянский, Г. С. Аверьянов, В. И. Кузнецов

Аннотация. В статье рассматривается возможность и целесообразность применения псевдопористых питателей газостатического подвеса поршня малорасходных автомобильных рефрежираторов. Псевдопористые питатели образуются при контакте двух плоских шероховатых поверхностей. Приводятся методика и результаты расчета газостатического подвеса, уравнения для определения среднего зазора между контактирующими шероховатыми поверхностями, анализ преимущества применения псевдопористых питателей по сравнению с дросселями типа «простая диафрагма» в газостатических подвесах малого диаметра.

Ключевые слова: автотранспорт, холодильные компрессоры без смазки.

Введение

Известно, что применение компрессоров без смазки в холодильной технике снижает затраты на получение холода на 15 % и более. Это особенно важно применительно к автомобильным рефрижераторам, т.к. получение энергии для привода холодильного агрегата рефрижератора связано с потреблением топлива двигателя автомобиля, на котором установлена холодильная машина.

Одним из вариантов конструкций бессмазочного компрессора являются компрессоры с газостатическим центрированием поршня (ПКГЦП), в которых последний представляет собой радиальную газовую опору. Питание этой опоры (газового подвеса) может осуществляться газом, который сжимает сам компрессор, или от постороннего источника давления, и может подаваться как через полость поршня, так и через гильзу цилиндра. Достаточно подробно работа такого компрессора описана в [1].

Существует достаточно много конструктивных схем ПКГЦП, в том числе и защищенных авторскими свидетельствами СССР и патентами России.

Теоретические и экспериментальные исследования этого компрессора выявили неко-

торые проблемы его реального проектирования, одной из которых является значительный расход газа на центрирования поршня, что особенно актуально для малорасходных компрессоров холодильной техники, работающих от автономного источника энергии. Этот расход по данным исследований [1, 2] для малорасходных компрессоров может составлять до 30 % его производительности, что связано в основном с масштабным и технологическим факторами, не позволяющими реально изготавливать питающие подвес дроссельные отверстия диаметром менее 0,1 мм при обеспечении отклонения в расходе газа через каждый из них не более 10 % (в одном поясе наддува). Данная ситуация только усугубляется при попытке увеличения степени повышения давления в ступени компрессора.

Снижения расхода газа на газостатическое центрирование поршня можно добиться путем использования щелевых подвесов, выполненных в виде псевдопористых питателей, образованных при контакте шероховатых поверхностей, образующих питающую щель. В этом случае часть цилиндрической образующей поршня или гильзы цилиндра представляют собой набор шероховатых дисков (рис. 1).

ю * 6 \9 7 "Ра=Рк

Рис. 1. Фрагмент цилиндропоршневой группы компрессора с псевдопористой поверхностью щелевых питателей газового подвеса с питанием через полость поршня: 1, 4 - тело поршня, 2 - диски с шероховатыми торцовыми поверхностями, 3 - цилиндр, 5 - радиальный зазор 5 между поршнем и цилиндром, 6 - отверстие, 7 - паз, 8 - полость поршня, 9 - центрирующая втулка, 10 - ось поршня, РП . давление в полости поршня

В изображенном на рис. 1. конструктивном варианте предполагается, что сжатый компрессором газ через обратный клапан, установленный в полом поршне, и далее через

отверстие 6 и паз 7 поступает к внутреннему диаметру шероховатых дисков 2, проникает через зазор, образовавшийся при контакте их шероховатых поверхностей (при этом про-

исходит дросселирование газа) и истекает в зазор 5, создавая несущий газовый слой, обладающий такими характеристиками как жесткость СП и несущая способность Wп. Алгоритм расчета этих параметров в зависимости от геометрии поршня, величины радиального зазора, давления наддува и давления в картере компрессора достаточно подробно описан в [1] и включает в себя, в частности, определение в зазоре подвеса для дросселей типа «простая диафрагма» (малое отверстие в тонкой стенке) величины давления Рй в зоне наддува.

В данном случае проведем расчет величины Рй из условия равенства массовых расходов через псевдопористые питатели и гладкую щель зазора 5.

Расход Мп в одну сторону от зоны щелей (в сторону торца симметричного газового подвеса) через участок подвеса длиной 1П определится выражением [2, 3]

_*• в, 83

и, =

24^ Я • Тст • I,

и

24^ Я • Тст 1

верхности, а также в наиболее общем случае из выражений [5]:

- для двух контактирующих поверхностей

8,, »

1 - 3,3

Г Рс

к Р ;

13

ХЯР1 + ЯР2 )

- для одной гладкой и одной шероховатой поверхностей -

8,; »

1 - 3,6.

12

Яр

где м - динамическая вязкость газа, йп наружный диаметр поршня, К - газовая постоянная, ТСТ - температура стенки, 50 - радиальный зазор между поршнем и цилиндром при концентричном положении поршня.

Массовый расход газа через п щелей в одном из двух поясов наддува симметричного газового подвеса в условиях пренебрежения кривизной щели

я0^8 р - у)_ Я^ + ^ )8

где dп - внутренний диаметр шероховатой поверхности диска, 5щ - средний зазор, образованный между шероховатыми поверхностями дисков при их контакте.

Приравнивая оба уравнения, получим: (в, + л, ) п 8; • !>; • 1г + в, 803р2(в, - л,) .(3) ог 80 (э, - л, ) + п(0, + л, 8 -1г Определение величины 5щ можно произвести по результатам работы [4], в которой экспериментальным путем найдены уравнения для трех способов образования микронеровностей:

- 5Щ = 1,2(К21+К22)0,9 для поверхностей, обработанных лазерным лучом;

- 5Щ = 0,95

- 5Щ = 0,9(К21+К22)5/ - для поверхностей, полученных шлифованием,

где Кг - средняя высота микронеровностей, взятая по десяти точкам контролируемой по-

где КР= 3Ка (Ка - среднеарифметическое отклонения профиля микронеровностей), РС и Рг - соответственно контурное и фактическое давление в контакте, определяется в соответствии с [5].

Работоспособность ПКГЦП, прежде всего, обеспечивается характеристиками газового подвеса поршня, т.е. его способностью противостоять боковым нагрузкам со стороны механизма привода и возникающим в результате вибрации компрессора. Основным параметром газового подвеса при заданных его геометрических размерах и режимных факторах является его жесткость Сп, которая, в свою очередь, является сложной функцией от геометрии подвеса, давления наддува, сечения дросселирующего узла и зазора между валом (поршнем) и втулкой (цилиндром) [1, 2]. На рис. 2 приведена характерная зависимость жесткости подвеса СП от относительного давления наддува р, определяемого как частное

от деления давления в зазоре подвеса в зоне дросселирующего узла Pd на давление наддува Рп (в данном случае давление наддува равно давлению в полости поршня).

С|, Н/мкм

14 12 10

8 б 4

N

\

\

\

\

1

0,4 0,6 0,8 Ра

Рис. 2. Зависимость жесткости симметричного газового подвеса поршня от относительного давления наддува для диаметра 40 мм, длины несущей части 100 мм, расстояния от торцов до линии наддува 20 мм, радиальный зазор 10 мкм, давление наддува 3 бар, давление в картере (на торцах подвеса) 1 бар

Как видно из графика, имеет место оптимальное относительное давление наддува в

с

пределах 0,7-0,9, при котором газовый подвес обладает максимальной жесткостью. В частности, этот диапазон давлений рекомендован и авторами [2], как обеспечивающий максимальную жесткость при приемлемом расходе газа на центрирования. Следует также отметить, что данный диапазон практически не зависит от геометрических соотношений подвеса, характеристик дросселей и давления наддува.

Таким образом, задача сводится к тому, чтобы определить целесообразность использования псевдопористых питателей, которые должны обеспечить возможность экономично/

6

го центрирования поршня. При этом нужно иметь в виду, что размер шероховатостей, образующих при контакте псевдопористые питатели, должен находиться в разумных пределах, т.к., очевидно, невозможно потребовать от изготовителя образования достаточно стабильной высоты микронеровностей, например, в доли микрометра.

На рис. 3 схематично показано устройство поршня компрессора с крейцкопфным приводом с внутренним наддувом газа в зазор подвеса и отделительной канавкой для сброса уплотняемого потока мимо зоны действия газового подвеса.

Рис. 3. Схема цилиндропоршневой пары компрессора с щелевыми питателями газового подвеса поршня, образованными при контакте шероховатых торцов трех втулок: 1. Цилиндр. 2. Корпус поршня. 3. Отделительная канавка. 4. Канал для сброса уплотняемого потока газа. 5. Ось симметрии подвеса. 6. Самодействующий обратный клапан

Сжимаемый компрессором газ в процессе сжатия-нагнетания через обратный клапан 6 попадает в полость поршня и истекает из нее через щели, образованные при контакте шероховатых по торцам втулок в зазор между поршнем и цилиндром, образуя несущий газовый слой, препятствующий контакту стенок поршня и цилиндра. Уплотняемый поток при этом сбрасывается через уплотняющую (верхнюю) часть поршня мимо зоны действия газового подвеса.

Под действием боковых сил, образующихся перепадом давления на поршне и неточностью направляющего поршень механиз-

ма, а также инерционных сил, возникающих при колебаниях цилиндропоршневой группы, поршень занимает некоторое эксцентричное положение в цилиндре, при этом, чем больше эксцентриситет, тем выше утечки через уплотняющую часть, чем больше жесткость газового подвеса, тем ниже эксцентриситет и меньше утечки, но больше расход на центрирование поршня. Этот вопрос подробно изучен в [1]

На рис. 4 и 5 показаны результаты расчета газового подвеса поршня при давлении наддува, равном 3 бар при разных зазорах в цилиндропоршневой паре.

На рис. 6 и 7 показаны аналогичные графики для давления наддува, равном 6 бар.

Рис. 4. Зависимость относительного давления наддува и жесткости газового подвеса от высоты щели псевдопористых питателей симметричного газового подвеса при йП = 40 мм, ^ = 30 мм, 1П = 20 мм, I = 50 мм, 50 = 10 мкм, РП = 3 бар, РК = 1 бар. Точками обозначены параметры этого же газового подвеса с питателями в виде коротких отверстий диаметром 0,1 мм, 6 отверстий в каждом из двух поясов наддува

р*

0,8 0,7 0,6 о,? 0,4 03

ч

/

р,

С;;. Н МКМ

/ / ч

'/ /

/

СЦ.НИЫ1 "О И 50 40 30 10 10

0,0 2,(1 4,0 6,0 8,0 10 12 14, 16 1К 6Щ

Рис. 5. Зависимость относительного давления наддува и жесткости газового подвеса от высоты щели псевдопористых питателей симметричного газового подвеса при йП = 40 мм, ^ = 30 мм, 1П = 20 мм, I = 50 мм, 50 = 20 мкм, РП = 3 бар, РК = 1 бар. Точками обозначены параметры этого же газового подвеса с питателями в виде коротких отверстий диаметром 0,1 мм, 6 отверстий в каждом из двух поясов наддува

Из приведенных результатов следует сделать вывод о том, что при данном сочетании параметров газового подвеса поршня гораздо лучшие результаты дает применение псевдопористых питателей, которые обеспечивают более высокую жесткость центрирования при малом зазоре между поршнем и цилиндром, когда расход на центрирование мал и малы утечки через уплотняющую часть поршня. В то же время и при большом зазоре псевдопористые питатели не уступают обычным дросселям, и даже несколько превосходят их по жесткости центрирования.

0,0 :.0 4,0 6,0 5.0 10 12 и. 16 18 Ещ

Рис. 6. Зависимость относительного давления наддува и жесткости газового подвеса от высоты щели псевдопористых питателей симметричного газового подвеса при йП = 40 мм, ^ = 30 мм, 1П = 20 мм, I = 50 мм, 50 = 10 мкм, РП = 6 бар, РК = 1 бар. Точками обозначены параметры этого же газового подвеса с питателями в виде коротких отверстий диаметром 0,1 мм, 6 отверстий в каждом из двух поясов наддува

Из графиков хорошо видно, что при увеличении давления наддува и малых зазорах преимущества псевдопористых питателей перед дросселями типа «простая диафрагма» сохраняется, обеспечивая более высокую жесткость центрирования.

При увеличении зазора до 20 мкм это преимущество не так очевидно, или его нет совсем, т.к. увеличивая количество отверстий, можно добиться и увеличения жесткости центрирования. Однако, как уже указывалось выше, работа на больших зазорах чревата существенным снижением экономичности компрессора (зазор входит в уравнение расхода в третьей степени).

Заключение

1. Использование псевдопористых питателей для малорасходных компрессоров с газостатическим центрированием поршня возможно, и обеспечивает надежное центрирование с высокой жесткостью.

2. Наиболее экономично использовать псевдопористые питатели при малых зазорах газового подвеса поршня.

3. Достаточно высокая жесткость центрирования обеспечивается в широком диапазоне высоты микронеровностей, определяющих высоту щели, в связи с чем не должно возникать больших сложностей в получении нужной шероховатости различными технологическими способами.

Библиографический список

1. Болштянский А. П., Белый В. Д., Дорошевич С. Э. Компрессоры с газостатическим центрированием поршня. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2002. -406 с.

2. Шейнберг С. А., Жедь В. П., Шишеев М. Д. Опоры скольжения с газовой смазкой/ Под ред. С. А. Шейнберга - М.: Машиностроение, 1979. - 336 с.

3. Демкин Н.Б. Расход газа через стык контактирующих поверхностей// Н. Б. Демкин, В. А. Алексеев, В. Б. Ламберский, В. И. Соколов/ Известия высших учебных заведений. Машиностроение. № 6. - М.: МВТУ им. Баумана, 1976. - С. 40-44.

4. Ивахненко Т. А. Болштянский А. П. Определение фактического зазора псевдопористых питателей гидро- и газостатических подвесов.// Динамика машин и рабочих процессов. ЮУрГУ. 2009. -С. 62-66.

5. Трение, изнашивание и смазка: Справочник/ Под ред. И. В. Крагельского, В. В. Алисина.-М.: Машиностроение, 1978. - Кн. 1. - 400 с.

GAS BEARING PISTON WITH ARTIFICIAL POROUS FEEDERS FOR COMPRESSORS OF AUTOMOBILE REFRIGERATORS

Е. A. Lysenko, A. P. Bolshtyansky, G. S. Averyanov, V. I. Kuznecov

In clause the opportunity and expediency of application of pseudo-porous feeders of gas bearing piston a little account automobile refrigerators is considered. Pseudo-porous feeders are formed at contact of two flat rough surfaces. The technique and results of calculation of gas bearing piston, the equations for definition of an aver-

age backlash between contacting rough surfaces, the analysis of advantage of application of pseudo-porous feeders in comparison with throttles of type «a simple diaphragm» in of gas bearing piston with small diameter are resulted.

Лысенко Евгений Алексеевич - к.т.н,_доцент. Основные направления научной деятельности: компрессорная и автомобильная техника. Общее количество опубликованных работ: 32. Lysenkojo@mail.ru.

Болштянский Александр Павлович - доктор технических наук, доцент, профессор кафедры «Гидромеханика и транспортные машины», ОмГТУ. Основные направления научной деятельности: Криогенная и компрессорная техника и технология, эксплуатация транспортных средств Общее количество опубликованных работ: более 300. e-mail:_ alexander_p_b@mail.ru

Аверьянов Геннадий Сергеевич - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Авиа- и ракетостроение». Основные направления научной деятельности:Управляемые пневматические виброзащитные системы амортизации крупногабаритных объектов. Общее количество опубликованных работ: более 150. e-mail: averge-na@mail.ru.

Кузнецов Виктор Иванович - Д.т.н., профессор. Основные направления научной деятельности: Теория эффекта Ранка, теория газотурбинных двигателей, исследования трубы Гартмана-Ширенгера, летательные аппараты на воздушной подушке. Общее количество опубликованных работ: более 200.e-mail:_ avergena@mail.ru

УДК 629.114:621.512

РАСЧЕТ СИЛ И РАБОТЫ ТРЕНИЯ В ПОРШНЕВОМ УПЛОТНЕНИИ ХОЛОДИЛЬНОГО КОМПРЕССОРА БЕЗ СМАЗКИ ДЛЯ АВТОМОБИЛЬНОГО

РЕФРИЖЕРАТОРА

Е. А. Лысенко, А. П. Болштянский, В. И. Кузнецов, Г. С. Аверьянов,

Ю. А. Бурьян

Аннотация. В статье рассматривается методика расчета поршневого уплотнения без смазки, которая позволяет рассчитать силы, которые действуют в уплотнении. Это дает возможность обоснованно назначать время между ремонтами поршневого холодильного компрессора.

Ключевые слова: холодильный компрессор, автомобильный рефрижератор, ресурс работы, потери мощности.