Действующие силы и моменты.

Силы от давления газа Р с одной стороны действуют на крышку цилиндра, а с другой – на поршень и через него на шатунно-кривошипный механизм компрессора и подшипники. Таким образом, эти две равные, но противоположно направленные силы замыкаются внутри компрессора. Направленные силы инерции внутри компрессора не замыкаются и действуют на него как внешние силы, возбуждая вибрации и качания машины.

Силу Р_и можно разложить на силы Р_ш и N_в. Сила Р_ш действует на конец кривошипа и создает момент М_к = Р_ш·h. Приложим к центру коленвала О две противоположные силы, равные и параллельные Р_ш. В результате получим пару сил таким же моментом М_к и силу Р_ш, воспринимаемую подшипниками вала.

Разложим силу Р_ш на две составляющие, одну по направлению оси цилиндра и другую по перпендикулярному ей направлению.

Сила по направлению оси цилиндра

Нормальная сила

Сила N_в на плече А дает опрокидывающий момент, численно равный М_к, но противоположный по направлению. В процессе работы компрессора момент М_к через анкерные болты передается на фундамент.

Величина М_к = Р_ш·h может быть выражена так:

– момент компрессора, противодействующий вращению вала.

Момент М_к равен алгебраической сумме моментов

М_к = М_д - JЕ,

где JЕ – момент касательных сил инерции вращающихся масс;

J– момент инерции вращающихся масс (в большинстве случаев его можно приближенно принять равным моменту инерции маховика);

Е – угловое ускорение коленчатого вала.

Момент J·Е меняется по величине и знаку так же, как и площадки между кривой EТ + Т_в и Т_ср на протяжении каждого оборота вала.

N_в ·А = - Мк – опрокидывающий момент, направлений в сторону вращения вала.

В то же время двигатель компрессора создает крутящий момент М_д. На корпус его действует обратныйкрутящий момент – М_д, который передается на фундамент. Обычно под компрессором и двигателем устраивают общий фундамент, и в том случае моменты вычитаются. Общий фундамент воспринимает реактивный момент

W = М_к – М_д = - J·Е,

обратный моменту касательных сил инерции маховика и меняющий свой знак противоположно знаку Е.

Станина компрессора во время его работы находится под действием двух противоположно направленных сил. Одна из них Р±Т_n, действующие на цилиндр, приложена в месте крепления его к станине, другая сила – Р_n приложена к подшипникам коленчатого вала. Алгебраическая разность этих сил равна силе инерции возвратно-движущихся частей Р_n – Р ±Т_n = J_n. В том случае, когда силы инерции J_n неуравновешенны, они действуют на фундамент компрессора.

У вертикальных компрессоров эти силы будут периодически прижимать машину к фундаменту и отрывать ее от фундамента в течение каждого оборота. У горизонтальных компрессоров эти силы будут создавать в течение каждого оборота переменный момент, стремящийся опрокинуть машину.

Равнодействующая неуравновешенных сил инерции вращающихся масс на валу компрессора будет действовать по-разному, вращающемуся вместе с валом.

Так как направление ее действия меняется циклично с числом оборотов, эта сила будет расшатывать компрессор на фундаменте.

Уменьшение вибраций машины может быть достигнуто двумя способами:

1. Собранием массивныхфундаментов, что значительно удорожает установку и вызывает дополнительный расход мощности на колебания фундаментов, достигающих иногда 5% полезной, затрачиваемой на привод машины.

2. Уравновешиванием сил инерции.

Силы инерции являются свободнымиотносительно машины силами, поэтому уравновешивать их можно только другими силами инерции, изменяющимися по такому же закону, как и уравновешиваемые (с таким же периодом и амплитудой колебаний), но с противоположным направлением.

Машина считается уравновешенной, если равнодействующая сил, передаваемых на фундамент при установившемся режиме работы, постоянно по величине и направлению.

Силы от давления газа в цилиндрах на фундамент не передаются.