Гаситель колебаний давления системы всасывания поршневой машины Советский патент 1993 года по МПК F04B39/12 F02M25/12 

только крышка. Для двигателя рабочим объемом 2000 см , четырехтактного, толщина резиновых стенок составляет 1-2 мм. При работе двигателя в результате колебательных процессов, возникающих в тракте впуска, резиновые стенки емкости упруго деформируются. При этом энергия колебаний волн повышенного давления частично рассеивается в емкости, Поскольку подвижные стенки емкости выполнены упругими, из резины, они подвергаются воздействию как статического давления, так и динамического. Для эффективного гашения колебаний подвижные стенки должны иметь очень маленькую упругость, но в этом случае при большом статическом давлении стенки будут схлопывать. С другой стороны, имея значительный вес и толщину, резиновые стенки обладают значительной инерцией, что снижает эффективность гашения колебаний при динамических нагрузках.

Цель изобретения - повышение эффективности подавления колебаний в тракте системы всасывания поршневой машины.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном гасителе колебаний давления системы всасывания поршнев ой машины, содержащем емкость переменного объема, снабженную жесткими стенками, на одной из которых смонтирован по крайней мере один подводящий патрубок, связывающий полость емкости с атмосферой, а на другой - по крайней мере один отводящий патрубок, связывающий полость емкости с цилиндром поршневой машины, названная емкость образована пространственным каркасом, закрепленным на названных жестких стенках, обтянутым оболочкой из мягкого неупругого материала, например ткани, с возможностью провисания ее между элементами каркаса, при этом величина изменения объема емкости превышает величину рабочего объема цилиндра поршневой машины. При таком .конструктивном исполнении, за счет исключения упругих свойств оболочки, происходит эффективная компенсация импульсов давления в системе всасывания. При этом незначительная масса оболочки(в сравнении с резиновой) обуславливает малую инерционность гасителя, а это повышает чувствительность камеры к отслеживанию импульсов давления в системе, что в конечном итоге повышает эффективность гашения колебаний при динамических нагрузках,

Оболочка с каркасом, при необходимости, может быть связана посредством упругих элементов, например, резиновых жгутов, которые обеспечивают возврат оболочки в исходное состояние при отсутствии в камере разрежения.

Для исключения прямой передачи импульса давления из подводящего патрубка в отводящий патрубок, оси названных патрубков друг относительно друга смещены.

Для исключения хлопка в момент максимального прогиба оболочки в емкости установлен ограничитель хода оболочки. Это может быть, например жесткая сетка, закрепленная на каркасе и имеющая форму оболочки при ее максимальном прогибе.

Для обеспечения работоспособности гасителя необходимо, чтобы масса единицы площади ткани (материала оболочки) удовлетворяла следующему математическому выражению:

20

m

где m - масса единицы площади ткани, кг/м ;

р- плотность воздуха, кг/м ; I пат - длина подводящего патрубка, м;

Fm - площадь оболочки, м2;

Рпат - площадь сечения подводящего патрубка, м2.

На фиг.1 показан общий вид системы

всасывания поршневой машины; на фиг.2 и

3-устройство гасителя колебаний; на фиг.4

- возможный вариант установки резиновых жгутов на элементе каркаса; на фиг.5 - скелет гасителя без оболочки, слева показано сечение ограничителя хода по Б-Б; на фиг.6

- возможный вариант исполнения ограничителя хода оболочки, слева показано сечение ограничителя хода по В-В.

На фиг,2-4 показан гаситель колебаний

давления системы всасывания поршневой машины, содержащий емкость Е переменного объема, снабженную жесткими стенками 1 и 2. На стенке 1 смонтирован подводящий 3 патрубок, связывающий емкость Е с атмосферой. На стенке 2 смонтирован отводящий патрубок 4, связывающий емкость Е с цилиндром 5, фиг.1, поршневой машины, включающей в частности поршень 6 с шатуном 7, корпус 8 и головку цилиндра

9, в которой смонтирован клапан 10. Емкость Е образована пространственным каркасом 11, закрепленным на стенках 1 и 2. Каркас 11 обтянут оболочкой 12, фиг.З, 4, из мягкого неупругого материала, в качестве

которого может быть использована ткань, и легкий полимерный материал, с возможностью провисания названного материала между элементами каркаса 11. Величина изменения объема емкости Е превышает величину рабочего объема цилиндра 5 поршневой машины.

Оболочка 12 может быть связана с каркасом 11 посредством упругих элементов 13, которые в частности на фиг.З и 4 выполнены в виде резиновых жгутов.

Оси патрубков 1 и 2 смещены относительно друг друга,

На фиг.5 и 6 емкость Е снабжена ограничителем хода 14 оболочки 12, который закреплен на каркасе 11 и имеет форму оболочки 12 при ее максимальном прогибе. Ограничитель хода 14 наполнен в виде жесткой, например металлической сетки, форма ячеек которой может быть самой раз- нообразной.

Для обеспечения работоспособности гасителя, масса единицы площади материала оболочки выбирается определенным образом.

Дополнительно на фиг,1 показан возду- хоочиститель 15с воздухозаборным патрубком 16. На фиг.2 позицией 17 показаны технологические складки.

Работает устройство следующим образом.

При возвратно-поступательном движении поршня 6 в цилиндре 5, в момент открытия и закрытия клапана 10, в системе всасывания поршневой машины (от клапана 10 до выходного среза патрубка 16) возни- кают колебания давления массы газа (воздуха), заключенного в обьемах патрубков 2 и 3, емкости Е гасителя колебаний, воздухоочистителя 15 и патрубка 16. При этом амплитуда пульсаций газа, которая определяет величину гидросопротивлений в системе всасывания, может достигать значительной величины, что ухудшает эффективность работы системы. Наличие гасителя колебаний с емкостью Е переменного объема, установ- ленного в непосредственной близости от клапана 10, позволяет в значительной степени уменьшить амплитуду пульсаций в патрубке 3 за счет преобразования части энергии импульсов давления в камере пере- менного объема гасителя в тепловую энергию, затрачиваемую на механическую деформацию оболочки 12.

Рассмотрим физические процессы, происходящие в системе всасывания, более подробно. Поршень 6 перемещается в цилиндре 5, что вызывает колебания скорости в подводящем патрубке 3

vn Fn,

(1)

пат

Скорость в патрубке 3 является величиной переменной, зависящей от скорости поршня 5. При этом газ (воздух) в патрубке 3 движется неравномерно, то ускоряясь, то замедляясь. Ускорение потока воздуха в патрубке 3 может происходить только при колебании давления в емкости Е гасителя (т.к. нужна сила для раскачки газа в патрубке 3). Эта сила

(2)

(3)

(4)

где vn и Fn - соответственно скорость и площадь поршня;

Мпат и Рпат - соответственно масса воздуха в патрубке 3 и площадь его поперечного сечения.

Таким образом величина давления в емкости Е гасителя

(5)

Из известного закона движения поршня, см. например А.С.Владиславлев и др., Трубопроводы поршневых компрессорных машин, М.: Машиностроение, 1972. имеем

-„Нп

vn Шsm cot,

(6)

где Нп - высота цилиндра, W 2tffi n

60

- число ходов в секунду (Гц)

Из выражения (1) находим v

V-u),.FnHn SlntWlt

(9)

2FnaT

здесь FnHn Vn - рабочий объем цилиндра. Теперь определяем

d v

1 йЯ

Vn COS (U1 t

dt - 2 FnaT Из выражения (5) находим

Р р

пат

COS

пат

55

Это колебания давления в емкости Е и в зоне подключения к названной емкости патрубка 3.

За счет создания силы (под воздействием этого давления) материал оболочки (ткань) 12 начинает перемещаться с ускорением.

Сила Pm pFm(12) здесь Fm - площадь оболочки 12, Ускорение оболочки

m

1

пат

(22)

Кроме колебательных сил на оболочку 12 действует статическое разрежение, возникающее на всасывании

(От -

Мп

Р Fm Р Mm m

где m

m - масса единицы площади оболочки (14)

Поскольку есть ускорение, происходит движение с этим ускорением, т.е. появляется скорость и перемещение. Величина ускорения определяется из (13) и (11)

Мт 1 р Р пат 1 Уп mm Рпат 2

cos (й t

(15)

Величина скорости vm и перемещения А хт получается последовательным интегри- 25 рованием выражения (15)

t

Vm dt(16)

о.

Axm /Vmdt(17) о

Изменение объема камеры при перемещении Ахт

AV AFmAx(18)

После интегрирования этого выражения получим

Vm

-Ј- sinctn

пат

1 Vn

cosun (20)

.Рпат 2 изменение объема (при

Pjr

m

m

-Vn (21)

Для того, чтобы весь газ из цилиндра мог бы заполнить этот объем, нужно чтобы

(13)

ДРст V(23)

10

где V- суммарный коэффициент потерь на всасывании. Обычно величина А РСт мала по сравнении с динамическими колебаниями давления. Покажем это, для чего из (11) запишем величину амплитуды

35

40

50

55

45

Эта величина обычно мала (v 2...4). Но тем не менее, если колебания Р снижены до величины ДРст, то дальнейшего снижения их не удается достигнуть из-за постоянной силы (от разрежения), прижимающей материал оболочки 12 внутрь. Если необходимо снизить, то в конструкцию вводится легкий резиновый жгут 13 (их может быть и несколько), сила натяжения которого компенсирует силу

Рст А Рст F

Для исключения схлопывания оболочки 12 в момент принятия ею максимального прогиба предусмотрены ограничители хода (см, фиг.5 и 6), которые могут быть выполнены в виде жестких сетчатых элементов, форма ячеек которых не имеет принципиального значения.

При выборе материала оболочки следует руководствоваться тем, что он должен быть максимально легким и прочным.

Формула изобретения

ругого элемента, например резинового жгута.

m р пат

пат

где m - масса единицы площади ткани, кг/м2;

р- плотность воздуха, кг/м3;

пат - длина подводящего патрубка, м;

Fm - площадь оболочки (ткани), м ;

F пат - площадь сечения подводящего патрубка,м .

S-I

К

ч,

Т