Рис. 8. открытия углов и Отметки закрытия впускного клапана
Функционирование однорядного ПД в этом pежиме (холостой движение) обеспечивалось давлением на входе — 0,4 МПа, индикаторная мощность составила 88,6 Вт и частота вращения коленвала 346 об/мин. Удельные затраты «свободного» воздуха (при атомосферных условиях) составили 2,26 м3/(мин·кВт). Закрытие запорного элемента впускного клапана происходило по окончании прохождения поршнем выхлопных окон (при ?2 ? 158º) с обратным открытием клапана до прихода поршня в ВМТ (?6 ? 345º).
От давления сжатого газа на входе в пневмодвигатель, максимальной высоты и жёсткости пружин подъёма запорного элемента при фиксированной внешней нагрузке зависели показатели работы пневмодвигателя: закрытия клапана и углы открытия, индикаторная мощность, частота вращения вала. Изменение высоты подъёма жёсткости пружин и запорного элемента клапана кроме этого оказывало влияние на углы повторного открытия и закрытия впускного клапана.
На рис.9 приведены эти экспеpиментов, обработанные для разных степеней отсечки наполнения цилиндра (относительного хода поршня в момент закрытия клапана) в зависимости от давления сжатого воздуха на входе, при разных жесткостях пружин, относительных размерах мёртвых пространств и фиксированных внешних нагрузках.
Рис.9. Относительный движение поршня при отсечке наполнения в зависимости от давления сжатого воздуха на входе в двигатель и разных значениях жесткости пружин клапана и относительных мертвых пространств
Движение поршня в момент отсечки наполнения определяет «потребление» пневмодвигателем сжатого воздуха, его расход. В зависимости от степени отсечки наполнения С2 происходит изменение расхода сжатого воздуха. По трансформации этого параметра возможно оценить энергетические и объёмные утраты в пневмодвигателе за рабочий цикл.
Для кривошипно-шатунного механизма скорость поршня велика при угле поворота вала 90°, сейчас создаётся громаднейший перепад давлений на запорный элемент клапана. Со своей стороны скорость поршня зависит от начального давления сжатого воздуха на входе в пневмодвигатель.
В случае, если скорость поршня мала и газовой силы, действующей на запорный элемент ещё не достаточно, то закрытие впускного клапана начнёт происходить лишь по окончании открытия поршнем выхлопных окон. С повышением внешней нагрузки и увеличением давления на входе клапан будет закрываться до открытия поршнем выхлопных окон.
Закрытие клапана по ходу поршня при заданной жёсткости пружин возможно обеспечить регулированием большой высоты подъёма запорного элемента клапана. При создании условий для закрытия клапана при углах поворота коленчатого вала в пределах = 90-110° (отсечка наполнения образовывает С2 = 0,55-0,7) пневмодвигатель обеспечит наилучшие показатели по эффективности работы с мельчайшим удельным объёмным расходом сжатого воздуха.
При соответствующем подборе жёсткости пружин, регулированием высоты подъёма запорного элемента или подключением дополнительных мертвых пространств, в условиях трансформации внешней нагрузки и поддержании давления сжатого воздуха на входе постоянным, возможно обеспечить в пневмодвигателе таковой рабочий цикл, при котором будут достигаться наилучшие энергетические показатели работы ПД.
Разбирая полученные результаты по трансформации удельного расхода воздуха, возможно сделать следующие выводы.
Во-первых, при относительном меpтвом количестве порядка а = 0,3 удельное потребление свободного воздуха (при атмосферных условиях) соответствует показателям работы по сравниваемому параметру отечественным и зарубежным примерам пневмодвигателей (для варианта с hmax=1,25 мм; Спр=2300 Н/м) и образовывает около 0,9 (м3/мин)/кВт.
Поиск оптимальных конструктивных ответов в этом направлении может составлять задачу оптимизации рабочих процессов ПД с нормально открытыми впускными клапанами способами математического моделирования.
Во-вторых, с увеличением давления воздуха на входе в какое количество до 0,8 МПа удельные затраты воздуха на производство механической работы для выбранного нами варианта возрастают незначительно. При отсечке наполнения в пределах 0,35-0,8 величина удельных затрат изменяется в пределах 0,8-1,2(м3/мин)/кВт.
В третьих, зависимость для удельного расхода от отсечки и давления наполнения в моменты закрытия клапана имеет пологий минимум, что создаёт условия для увеличения начального давления на входе в пневмодвигатель и снабжает возможность получения большей механической работы.
Заключение. На основании выполненных экспериментальных изучений направляться подчернуть, что конструкции пневмодвигателя с самодействующим впускнымклапаном:
— работоспособны и несложны в управлении;
— сохраняет собственную работоспособность в широком диапазоне трансформации конструктивных нагрузок и параметров клапана;
— перемещение запорного элемента относительно седла клапана (крышки цилиндра) есть одним из самые простых конструктивно выполнимых способов регулирования режимов его работы;
— для обеспечения обычного функционирования поршневого пневмодвигателя достаточно иметь как минимум два оппозитно расположенных цилиндра с встречным перемещением поршней;
— самый рациональный рабочий процесс прямоточных ППД обеспечивается отсечкой наполнения сжатым газом (закрытием впускного клапана), соответствующей относительному ходу поршня С2=0,6-0,7 в двигательном;
— при создании и проектировании ППД и агрегатов нового типа целесообразнее всего применять существующие унифицированные оппозитные, У— и Ш – образные поршневые компрессорные базы;
— пневмодвигатель не уступает современным зарубежным и отечественным примерам по удельному расходу воздуха, величина которого при обычных условиях образовывает 0,8-1,3 (м3/мин)/кВт.