ВАКУУМНЫЕ ПОРШНЕВЫЕ НАСОСЫ

РАСЧЕТ ОРГАНОВ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ И ПЕРЕПУСКА

В насосах системы МВТУ применены золотниковое распределе­ние для управления процессом всасывания и самодействующие клапаны для управления процессом нагнетания.

При расчете органов всасывания основными их параметрами, которые подлежат определению, являются: а0 — высота цилин­дровых окон; HK — высота цилиндрового канала; /к — ширина цилиндрового канала; у — угол между цилиндровыми окнами, расположенными по окружности золотниковой втулки; С — Толщина стенки между полостями цилиндра и золотника.

Объем цилиндровых каналов составляет значительную часть всего мертвого объема, а размеры и расположение цилиндрового канала, обусловленные дросселированием на всасывании, опре­деляют потерю быстроты действия. Таким образом, увеличение проходных цилиндровых окон и каналов приводит, с одной сто­роны, к уменьшению относительных потерь хк давления во всасы­вающем тракте, т. е. к увеличению быстроты действия, так как увеличивается Ядр, с другой стороны, — к увеличению мертвого объема в цилиндре, увеличению е0, т. е. к уменьшению быстроты действия, так как увеличиваются объемные

Потери 0. В свою

Очередь уменьшение ик ведет к увеличению ра, а увеличение е0 вызывает необходимость увеличения еа для обеспечения полного перепуска из большого мертвого объема, что также ведет к уве­личению объемных потерь.

Следовательно, размеры цилиндровых окон и каналов необ­ходимо определять с учетом изменения объемных и дроссельных потерь быстроты действия.

Целевая функция, необходимая для оптимизации, может быть найдена из основного уравнения разделения потерь, которое в развернутом виде может быть записано

Я = (1 - Кк) ^ (1 + 80 - ге) - ^ (80 + 80) -

-— Хп — ^н ^С

Проведенные экспериментальные исследования показывают, что температура газа в начале обратного расширения всего на 1 ... 3 % выше температуры газа в конце всасывания. Поэтому с очень небольшой погрешностью можно считать, что Та яа Тв. Если, кроме этого, учесть, что при оптимизации относительный Ход перепуска всегда может быть выбран из условия полного

Перепуска, при котором К'с = 0, то основное уравнение разделения потерь можно записать в виде

Я = ЯТ{1 — [хк + хк(е0 — ее) + (ее — е0) + + {Palp) (е0 + ес)]} — К —К — К-

Сумма членов в квадратных скобках включает в себя все основные факторы, определяющие объемные и дроссельные потери быстроты действия, и представляет собой сумму этих потерь:

V = «к + «к (е0 — ее) + (ее — е0) + (Pjp)(E0 + еа).

Все остальные составляющие потерь быстроты действия не связаны с размерами органов впуска. Поэтому Я/ может быть выбрано в качестве целевой функции. Геометрические размеры органов впуска будут оптимальными, когда целевая функция Я/, подсчитанная по этим параметрам, будет иметь минимальное значение.

Раскрывая величины, входящие в зависимость для, получим Я' = / (у. УШу Ки ст; т; SJD; S^Jd^, Kv, ^R, e0),

Где ym — относительная высота цилиндровых окон, ут= ajr, Ki — отношение площадей проходных сечений цилиндровых окон и цилиндрового канала.

Три параметра v, Ут и Ki полностью определяют основные размеры и объем цилиндровых окон и канала. Значение еа вы­бирают, исходя из обеспечения полного перепуска. Минимальная потеря Я, пИп быстроты действия соответствует значению ее — га. Значение параметров ст, SJD, S30Jd30JI, Kv и выбирают из конструктивных соображений, т. е. исходя из требований наи­меньшей металлоемкости насоса и его работоспособности. Зна­чение т определяется режимом работы насоса.

Таким образом, задача определения основных размеров орга­нов всасывания сводится к нахождению оптимальных значений

Топт» Ут опт и Ki опт. соответствующих минимальному значению К', При заданных ст, т, SJD, 5зол/йзол, Kv< ^в» &е и еа.

На рис. 18 в качестве примера показаны зависимости У от 7, Ут и Ki для насоса ЗВНП-З.

Исследования показали, что параметр Ki незначительно влияет на потери а поэтому задаются значением Ki в пределах 09

< Ki < 1,1.

Оптимальные значения параметров ут и 7 находят из выра­жений:

У тот: = 0,16 + 0,18ст + 0,014фе — 0,1 S^Jd^ —

- 0,085Я, К - 0,026стфе + 0,075cmV, Топт = 70 + 2,8фе - 0,19т + KR + 100Ki - 0,012Фет.

Часто задаются одним из параметров у или ут с отклонением от оптимального значения; тогда второй параметр должен быть выбран также с отклонениями от оптимального значения, чтобы потери К' были минимальными. Для определения второго пара­метра при отклонении первого от оптимального значения могут быть использованы следующие зависимости:

TOC o "1-3" h z Yoht = Топт ( 0,7 - 1);

V Ут опт /

Утотгг — Ут опт (1)4 — 1 ) •

Топт >

Эти уравнения используют тогда, когда отклонения у' от - уопт или у'т от Ут опт менее 15 %.

Нагнетательные клапаны для насосов подбирают так же, как и для поршневых компрессоров [10].

Расчет основных размеров перепускных клапанов на зеркале цилиндра сводится к определению максимального открытия кана­лов (см. рис. 4) и их глубины, исходя из обеспечения полного выравнивания давления в полостях цилиндра к моменту оконча­ния процесса перепуска.

Максимальное открытие перепускных каналов связано с отно­сительным перемещением еа поршня в процессе перепуска соотно­шением

/ = EaSm (1.11)

Где Sn — полный ход поршня, Sn = 2R.

Процессы перепуска удобно рассчитывать с использованием безразмерного комплекса: где р, — осредненный коэффициент расхода перепускных каналов, ц, = 0,62; I—часть окружности цилиндра, занятая перепускными каналами, I = L/(ND) (значение I рекомендуется выбирать в пределах 0,4...0,6); L — суммарная ши­рина каналов; Sn — полный ход поршня; D—диаметр поршня; R — газовая постоянная; Т01 — температура в полости опорожнения в момент начала пере­пуска; %п — отношение радиуса кривошипа поршня к длине шатуна;

Исследования показали, что перепускные каналы, размеры которых определены для номинального режима работы насосов системы МВТУ (т = 20), обеспечивают практически полное вы­равнивание давлений в полостях опорожнения и наполнения при работе вакуумного насоса на всех режимах. Поэтому относитель­ный ход перепуска определяют по формуле

Ес = 0,4268с'43//:0'6,

Где е0 — относительный мертвый объем, е0 = (Клин h VN. N~H Уц. XWr (Кчин — Линейный мертвый объем; Vn. к— объем перепускных каналов; Уц к — объем цилиндрового канала).

Далее, используя уравнение (1.11), по известному еа находят/. Глубину /гп. к перепускных каналов рекомендуется выбирать из соотношения hn,K = (1,1 ... 1,3) /. Число перепускных кана­лов, расположенных на зеркале цилиндра, выбирают более 5.