Na prawach rkopisu Maszyny wyporowe 6 Maszyny tokowe

Na prawach rękopisu Maszyny wyporowe 6. Maszyny tłokowe cz. 4. – obliczenia tłoków i sworzni tłokowych Dr hab. inż. Piotr Kolasiński, prof. PWr Katedra Termodynamiki, Teorii Maszyn i Urządzeń Cieplnych Wydział Mechaniczno-Energetyczny Politechniki Wrocławskiej Wrocław 2019

Spis treści 1. 2. 3. 4. 2 Konstrukcja tłoka, Obliczenia projektowe tłoków, Obliczenia projektowe pierścieni tłokowych, Obliczenia projektowe sworzni tłokowych.

1. Konstrukcja tłoka 1 – Denko tłoka ma kształt wynikający z konstrukcji komory roboczej maszyny. Jego powierzchnia zewnętrzna jest często ożebrowana w celu zwiększenia wytrzymałości i ułatwienia odprowadzania ciepła. 3

1. Konstrukcja tłoka 2 – Część pierścieniowa ma wysokość uzależnioną od liczby, rozmieszczenia i wymiarów pierścieni. Mniejsze prędkości obrotowe maszyny, większe wartości ciśnienia i większe wymiary cylindra wymagają większej liczby pierścieni uszczelniających. 4

1. Konstrukcja tłoka 3 – Płaszcz (część prowadząca) Płaszcz powinien być pasowany w cylindrze jak najciaśniej w celu osiągnięcia ruchu tłoka bez większych wychyleń bocznych (ze względu na zużycie tłoka i gładzi oraz małego hałasu), jednak z możliwością tworzenia się wystarczającej warstwy oleju niedopuszczającej do zatarcia. 5

2. Obliczenia projektowe tłoków Własności materiałów konstrukcyjnych tłoka Własności materiałów Stopy aluminium Żeliwo Staliwo Miedziowe Krzemowe eutektyczne Krzemowe nadeutektyczne Ciężar właściwy Mały Duży B. duży Przewodność cieplna B. duża Duża Mała Rozszerzalność cieplna B. duża Duża Umiarkowana Mała Odporność na ścieranie Słaba Umiarkowana Dość dobra Dobra Umiarko wana Wytrzymałość w podwyższonych temperaturach Dość dobra Umiarkowana Słaba Dobra B. dobra 6

2. Obliczenia projektowe tłoków Obliczanie tłoków Grubość denka tłoka określa zależność: W zależności od stopnia ożebrowania oraz ukształtowania przejścia od denka do części pierścieniowej przyjmuje się: - dla stopów aluminium kg=2450 -9800 N/cm 3 - dla żeliwa kg=4900 -14700 N/cm 3 7

2. Obliczenia projektowe tłoków Obliczanie tłoków Długość płaszcza tłoka określa zależność: Wartość dopuszczalnego nacisku pdop zawiera się w granicach 40 -80 N/cm 3. Mniejsze wartości odpowiadają maszynom wolnoobrotowym, większe szybkoobrotowym 8

3. Obliczenia projektowe pierścieni tłokowych Konstrukcja pierścieni tłokowych Najczęściej stosowane odmiany pierścieni tłokowych oraz miejsca ich osadzenia na tłoku 9

3. Obliczenia projektowe pierścieni tłokowych Konstrukcja pierścieni tłokowych Pierścień uszczelniający ma najczęściej przekrój prostokątny. W celu szybszego dotarcia się pierścienia do gładzi stosowane są również pierścienie o innych przekrojach. 10

3. Obliczenia projektowe pierścieni tłokowych Konstrukcja pierścieni tłokowych Pierścienie o przekroju trapezowym odznaczają się zmniejszoną skłonnością do zapiekania. 11

3. Obliczenia projektowe pierścieni tłokowych Obliczenia pierścieni tłokowych Grubość pierścienia a jest ściśle związana z wartością średniego nacisku jednostkowego na gładź cylindra pśr. gdzie: de – średnica cylindra, E – moduł Younga Dla maszyn szybkoobrotowych pśr=10 -25 N/cm 2 Dla maszyn wolnoobrotowych pśr=3 -6 N/cm 2. 12

3. Obliczenia projektowe pierścieni tłokowych Obliczenia pierścieni tłokowych Przekroje pierścieni zgarniających i ich osadzenie w tłoku 13

4. Obliczenia projektowe sworzni tłokowych Obliczenia sworzni tłokowych Sworzeń ma z reguły kształt cylindryczny, przy czym dla zmniejszenia ciężaru jest zazwyczaj drążony. Średnica zewnętrzna sworznia ds. wykonywana jest według pasowania h 5 z podziałem na trzy grupy selekcyjne. 14

4. Obliczenia projektowe sworzni tłokowych Obliczenia sworzni tłokowych – naprężenia jednostkowe Moment zginający ma wartość: Wskaźnik wytrzymałości przekroju dla sworznia wydrążonego: Dopuszczalne naprężenia zginające: dla stali węglowej kg=9800 -14700 N/cm 2 dla stali stopowych kg=14700 -24500 N/cm 2 15

4. Obliczenia projektowe sworzni tłokowych Obliczenia sworzni tłokowych – owalizacja Nacisk jednostkowy ma wartość: Gdzie: ls – całkowita długość sworznia, E – moduł Younga, t=(ds-d 0) – podwójna grubość ścianki sworznia. Dopuszczalne odkształcenie sworznia tłokowego ds w maszynach o średnicy cylindra poniżej 200 mm wynosi 0, 01 -0, 025 mm. 16

4. Obliczenia projektowe sworzni tłokowych Obliczenia sworzni tłokowych – sprawdzenie na złamanie wzdłużne gdzie: 17

Bibliografia 1. Warczak, W. Sprężarki ziębnicze, WNT, Warszawa, 1987 2. Warczak, W. Tłokowe sprężarki ziębnicze, WNT, Warszawa, 1972 3. Gnutek, Z. Gazowe objętościowe maszyny energetyczne – podstawy, Wydawnictwo PWr, Wrocław, 2004 4. Gnutek, Z. Łopatkowe maszyny rotacyjne: rozwinięcie wybranych elementów jednowymiarowej teorii, Wydawnictwo PWr, Wrocław, 1997 5. Szargut, J. Termodynamika, PWN, Warszawa, 2000 6. Wiśniewski, S. Termodynamika techniczna, PWN, Warszawa, 2017 7. Kostowski, E. Przepływ ciepła, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice, 2006 8. Madejski, J. Teoria wymiany ciepła, Wydawnictwo Politechniki Szczecińskiej, Szczecin, 1998 9. Sakun, I. A. Sprężarki śrubowe, WNT, Warszawa, 1959 10. Judin, E. M. Pompy zębate, PWT, Warszawa, 1958 11. Kollek, W. Pompy zębate, Wydawnictwo Ossolineum, Wrocław, 1996 12. Więckiewicz H. , Cantek L. , Sprężarki Wyporowe – Atlas, Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk, 1985 13. Cantek, L. , Białas M. , Sprężarki chłodnicze, Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk, 2003 14. Walczak, J. Maszyny sprężające – podstawowe wiadomości, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań, 2013 15. Chlumsky, V. Sprężarki tłokowe, Państwowe wydawnictwa techniczne, Warszawa, 1961 16. Mazanek, E. Podstawy konstrukcji maszyn – połączenia, sprężyny, zawory, wały i osie, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa, 1996 17. Mazanek, E. Podstawy konstrukcji maszyn – łożyska, sprzęgła i hamulce, przekładnie mechaniczne, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa, 1997 18. Jędrzejowski, J. Obliczanie tłokowego silnika spalinowego, WNT, Warszawa, 1971 19. Wajand, J. A. , Wajand J. T. Tłokowe silniki spalinowe średnio- i szybkoobrotowe, WNT, Warszawa, 2005 20. Bień, E. , Bień, J. Urządzenia pneumatyczne w rolnictwie, Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, Warszawa, 1979

Dziękuję za uwagę Dr hab. inż. Piotr Kolasiński, prof. PWr