Телефон: 8-800-350-22-65
WhatsApp: 8-800-350-22-65
Telegram: sibac
Прием заявок круглосуточно
График работы офиса: с 9.00 до 18.00 Нск (5.00 - 14.00 Мск)

Статья опубликована в рамках: LVI Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ» (Россия, г. Новосибирск, 28 августа 2017 г.)

Наука: Технические науки

Секция: Машиностроение

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Сурков Г.С. СРАВНЕНИЕ ПОДХОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРУТИЛЬНОЙ ЖЕСТКОСТИ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА ПОРШНЕВОГО КОМПРЕССОРА ПРИ РАССМОТРЕНИИ ПРОБЛЕМЫ КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ // Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: сб. ст. по мат. LVI междунар. студ. науч.-практ. конф. № 8(55). URL: https://sibac.info/archive/technic/8(55).pdf (дата обращения: 05.03.2024)
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

СРАВНЕНИЕ ПОДХОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРУТИЛЬНОЙ ЖЕСТКОСТИ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА ПОРШНЕВОГО КОМПРЕССОРА ПРИ РАССМОТРЕНИИ ПРОБЛЕМЫ КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ

Сурков Глеб Сергеевич

студент 2 курса магистратуры, кафедра «Вакуумная и компрессорная техника» МГТУ им. Н.Э. Баумана,

РФ, г. Москва

Дегтярева Татьяна Сергеевна

научный руководитель,

канд. техн. наук, доцент МГТУ им. Н.Э. Баумана,

РФ, г. Москва

Проблема возникновения крутильных колебаний в поршневых компрессорах одна из наиболее обособленных и актуальных, как при выполнении прочностных расчетов и выборе материала исполнения коленчатого вала, так и при выборе рабочих режимов работы компрессорной машины. Зачастую возникновению крутильных колебаний подвергаются коленчатые валы четырех и более- рядных поршневых компрессоров относительно большой производительности [1, с. 29], что объясняется негативным влиянием газовых сил в соседствующих рядах. Вследствие периодически меняющихся нагрузок на коленчатый вал при возвратно-поступательном движении рабочих органов компрессора, в нем возникают знакопеременные касательные и нормальные напряжения кручения и изгиба соответственно, возбуждающие в поршневом компрессоре нежелательные механические колебания.

Относительные периодические деформации кручения участков коленчатого вала в местах сосредоточения установленных на валу масс (рисунок 1) называются крутильными колебаниями [2, с. 5]. Данное явление в условиях возникновения резонанса может привести к снижению надежности компрессорного оборудования и уменьшению его межремонтного пробега, а также к износу и разрушению коленчатого вала, муфт (рисунок 2) и демпферов приводного двигателя.

Однако факт возникновения механических колебаний, в большинстве случаев, может быть определен только после возникновения сбоя или отказа оборудования.

 

Рисунок 1. Пояснение к определению термина крутильных колебаний

 

Рисунок 2. Разрыв эластичного элемента приводной муфты компрессора Ariel JGK/4 вследствие возникновения крутильных колебаний (ООО «Энергосервис»)

 

Результаты исследований [3, 4, 5] выделяют необходимость всестороннего анализа настоящей проблемы на этапе проектирования высоконагруженных по производительности систем и компрессорных станций.

Понятие крутильной жесткости коленчатого вала, одного из основных параметров при определении крутильных колебаний, было предложено и описано в работах [6] и [7]. Величина крутильной жесткости колена может быть найдена по двум формулам:

- крутильня жесткость колена согласно [6]

 

 

 

 

 

G – модуль сдвига, Па

Lj, Dj, dj, Lc, Dc, dc, R, Lw, W - геометрические параметры колена (рисунок 3);

- крутильная жесткость колена согласно [7]

 

 

 

 

G – модуль сдвига, Па

Lj, Dj, dj, Lc, Dc, dc, R, Lw, W - геометрические параметры колена (рисунок 3).

 

Рисунок 3. Геометрические параметры колена вала

 

Применимость данных формул была проверена с помощью расчетного комплекса ANSYS Student Release 18.1 с использованием метода конечных элементов. Результаты расчетов приведены в таблицах 1 и 2.

 

Таблица 1.

Результаты вычисления крутильной жесткости

Исходные данные

Параметр

Значение параметра

Расчет

по формуле (1)

Расчет

по формуле (2)

ANSYS

Форма щек колена

Прямоугольная (Рисунок 4, а)

61,512 106

 

погрешность

8,408 %

69,798 106

 

погрешность

23,102 %

56,741 106

Lj

146 мм

Dj

330 мм

Lc

273 мм

Dc

254 мм

R

216 мм

Lw

102 мм

W

419 мм

G

79,290 МПа

 

 

а – щека прямоугольной формы, б – щека круглой формы

Рисунок 4. Расчетные формы колен коленчатого вала

 

Таблица 2.

Результаты вычисления крутильной жесткости

Исходные данные

Параметр

Значение параметра

Расчет

по формуле (1)

Расчет

по формуле (2)

ANSYS

Форма щек колена

Круглая

(Рисунок 4, б)

155,180 106

 

погрешность

24,042 %

121,902 106

 

погрешность

2,559 %

125,103 106

Lj

168 мм

Dj

330 мм

Lc

178 мм

Dc

305 мм

R

267 мм

Lw

132 мм

W

635 мм

G

79,290 МПа

 

 

На основании полученных результатов расчета с помощью метода конечных элементов можно сделать вывод, что полуэмпирическая формула Уилсона (1) обладает наиболее высокой точностью при проведении расчета крутильной жесткости колен валов с более выраженной прямоугольной формой щек, в то время как формула Картера (2) лучше применима к коленам с круглой и овальной формой щек.

 

Список литературы:

  1. Дегтярева Т. С., Сибатулин К. О. Определение резонансных частот крутильных колебаний коленчатого вала поршневого компрессора // Инженерный вестник. - М.: Издательство ФГБОУ ВПО "МГТУ им. Н.Э. Баумана", 2014. - С. 29 - 37.
  2. В.П. Ржевский Исследование крутильных колебаний валов: Учебное пособие/ Самарский гос. Аэрокосм. Ун-т: Сост. В.П. Ржевский, Ф.В. Паравай, Д.С. Лежин, В.С. Меленьтьев, А.С. Гвоздев. – Самара, Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2011. – 40 с.: ил
  3. R. G. Desavale, A. M. Patil Theoretical and Experimental Analysis of Torsional and Bending Effect on Four Cylinders Engine Crankshafts // International Journal of Engineering Research. – Bhopal, India: Innovative Research Publications, 2013.  - С. 379 - 386.
  4. Identifying best practices for measuring and analyzing torsional vibration. - Plano, USA: Siemens Product Lifecycle Management Software Inc, 2014. - 19 с.
  5. Troy Feese, Charles Hill Guidelines for preventing torsional vibration problems in reciprocating machinery. - San Antonio, USA: Engineering Dynamics Incorporated, University Oak, 2002. - 19 с.
  6. W. Ker Wilson Practical Solution of Torsional Vibration Problems. - London: Cambridge Univ. Pres, 1963. - 102 с.
  7. Nestrodies E.J. Handbook on Torsional Vibration. - London: British Internal Combustion Engine Research Assotiation, 1958. - 88 с.
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

Оставить комментарий

Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом
CAPTCHA
Этот вопрос задается для того, чтобы выяснить, являетесь ли Вы человеком или представляете из себя автоматическую спам-рассылку.