avroenОмский научный вестник. Серия "Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение"Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering2588-03732587-764XОмский государственный технический университет10.25206/2588-0373-2025-9-4-63-70VQVFJUavroen-135Research ArticleЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕPOWER AND CHEMICAL ENGINEERINGОсобенности расчета температурных полей роторов винтовых компрессоров «сухого» сжатияCalculations features of the temperature fields of “dry” screw compressor rotorshttps://orcid.org/0000-0001-9511-1974МустафинТ. Н.MustafinT. N.

Мустафин Тимур Наилевич, кандидат технических наук, доцент (Россия), заведующий кафедрой «Низкотемпературная и компрессорная техника и технология» Института химического и нефтяного машиностроения AuthorID (РИНЦ): 575778AuthorID (SCOPUS): 55943393400

Россия, 420015, г. Казань, ул. К. Маркса, 68

Mustafin Timur Nailevich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Head of the LowTemperature and Compressor Engineering and Technology Department at the Institute of Chemical and Petroleum Engineering

Russia, Kazan, Karl Marks St., 68, 420015

MustafinTN@corp.knrtu.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5661-3517ЯкуповР. Р.YakupovR. R.

Якупов Руслан Равилевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Низкотемпературная и компрессорная техника и технология» Института химического и нефтяного машиностроения AuthorID (РИНЦ): 741689AuthorID (SCOPUS): 55943696000

Россия, 420015, г. Казань, ул. К. Маркса, 68

Yakupov Ruslan Ravilevich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Low-Temperatureand Compressor Engineering and Technology Department at the Institute of Chemical and Petroleum Engineering

Russia, Kazan, Karl Marks St., 68, 420015

YakupovRR@corp.knrtu.ruПаранинаО. Ю.ParaninaO. Yu.

Паранина Ольга Юрьевна, аспирант кафедры«Низкотемпературная и компрессорная техникаи технология» Института химического и нефтяного машиностроения; начальник бюро 

Россия, 420015, г. Казань, ул. К. Маркса, 68

Россия, 420029, г. Казань, ул. Сибирский тракт, 40

Paranina Olga Yuryevna, Postgraduate of the Low-Temperature and Compressor Engineering andTechnology Department at the Institute of Chemical and Petroleum Engineering; Head of the Bureau

Russia, Kazan, Karl Marks St., 68, 420015

Russia, Kazan, Sibirskiy trak St., 40, 420029

Казанский национальный исследовательский технологический университетРоссияKazan National Research Technological UniversityRussian FederationКазанский национальный исследовательский технологический университет; АО «НИИтурбокомпрессор им. В. Б. Шнеппа» (Группа ГМС)РоссияKazan National Research Technological University; JSC “NIIturbocompressor n. a. V. B. Shnepp”, HMS GroupRussian Federation202530122025946370Copyright © Мустафин Т.Н., Якупов Р.Р., Паранина О.Ю., 20252025Мустафин Т.Н., Якупов Р.Р., Паранина О.Ю.Mustafin T.N., Yakupov R.R., Paranina O.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ariem.omgtu.ru/jour/article/view/135

Ввиду широкого применения в современной промышленности винтовых компрессоров актуальной является разработка мер по повышению эффективности их работы. Основные достоинства винтовых компрессоров «сухого» сжатия по сравнению с маслозаполненными компрессорами — их компактность ввиду отсутствия развитой системы смазки с громоздкой системой маслоотделения, а также дополнительных фильтров; экологичность; экономия обслуживания. Одним из направлений повышения объемных и энергетических характеристик винтового компрессора является совершенствование методики расчета профильных зазоров путем учета различных факторов, возникающих при его работе. С учетом того, что винтовой компрессор «сухого» сжатия зачастую работает на режимах с повышенными значениями температур сжимаемого газа, существенно увеличивается тепловая загруженность элементов компрессора по сравнению с маслозаполненными компрессорами. Таким образом, при расчете зазоров необходимо учитывать тепловое состояние роторов, а также распределение температур по роторам в рабочих полостях. В статье предложена методика расчета температурных полей роторов с целью уменьшения профильных зазоров роторов и улучшения характеристик винтовых компрессоров «сухого» сжатия.  

In case of the wildly using of screw compressors in modern industries, the compressor efficiency improving methods’ development are actual. The main advance of the «dry» screw compressor comparing with oilinjected compressors is their compact due to the no needs huge oil system, which includes oil separation system and additional filters, which leads to improving an ecology and reducing the exploitation coast. One of the way of the compressor capacity and energy efficiency improving is developing of the rotor profile gaps’ calculation methodic by taken into account different factors determined by the compressor working conditions. The heating load on the «dry» screw compressor parts higher than on the oil-injected compressor parts, because their working conditions lead to the highest value of the discharge temperature. Therefore, it is necessary to take into account compressor rotors’ temperature fields to calculate rotors’ profile gaps correctly. This paper presents the methodic of the rotors’ temperature field calculation with the aim to reduce the rotors’ profile gaps and improve the «dry» screw compressor efficiency.  

винтовой компрессор «сухого» сжатияпрофильные зазорытепловые деформациитепловые полятеплообмен в рабочей полоститеплота трения роторов о рабочее тело«dry» screw compressorprofile gapstemperature fieldstemperature deformationheat exchanging process inside working chambersfriction heating between the gas and rotorsReferencesBurckney D., Kovacevic A., Stosic N. Consideration of clearances in the design of screw compressor rotors. 7th International Conference on Compressors and their Systems. 2011. P. 401–410. DOI: 10.1533/9780857095350.8.401.Burckney D., Kovacevic A., Stosic N. Consideration of clearances in the design of screw compressor rotors. 7th International Conference on Compressors and their Systems. 2011. P. 401–410. DOI: 10.1533/9780857095350.8.401.Сакун И. А. Винтовые компрессоры / ред. А. Э. Жмудь, Б. С. Фотин. Москва: Машгиз, 1960. 359 с.Sakun I. A. Vintovyye kompressory [Screw compressors] / ed. by A. E. Zhmud, B. S. Fotin. Moscow, 1960. 359 p. (In Russ.).Stosic N., Smith I. K., Kovacevic A. Screw compressors. Mathematical modelling and performance calculation. Springer, 2005. 138 p. ISBN 978-354-024-27-58.Stosic N., Smith I. K., Kovacevic A. Screw compressors. Mathematical modelling and performance calculation. Springer, 2005. 138 p. ISBN 978-354-024-27-58.Stosic N., Smith I. K., Kovacevic A. Calculation of Rotor Interference in Screw Compressors. International Compressor Technique Conference. 2001. URL: https://www.researchgate.net/publication/237734421 (accessed 15.09.2025).Stosic N., Smith I. K., Kovacevic A. Calculation of Rotor Interference in Screw Compressors. International Compressor Technique Conference. 2001. URL: https://www.researchgate.net/publication/237734421 (accessed 15.09.2025).Xiao D. Z., Gao Y., Wang Z. Q., Liu D. M. Mathematical basis for clearance analysis in twin systems. City University, London, 1999. P. 747–756.Xiao D. Z., Gao Y., Wang Z. Q., Liu D. M. Mathematical basis for clearance analysis in twin systems. City University, London, 1999. P. 747–756.Holmes C. S., Williamson T. The manufacture of hardened screw compressor rotors. International Conference on Compressors and their Systems. 2001. P. 75–80. ISBN 978-1-86058-330-8.Holmes C. S., Williamson T. The manufacture of hardened screw compressor rotors. International Conference on Compressors and their Systems. 2001. P. 75–80. ISBN 978-1-86058-330-8.Mustafin T. N., Yakupov R. R., Burmistrov A. V., Khamidullin M. S, Khisameev I. G. Analysis of the screw compressor rotors' non-uniform thermal field effect on transmission error. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2015. Vol. 90. P. 012004. DOI: 10.1088/1757-899X/90/1/012004. EDN: UZYRBR.Mustafin T. N., Yakupov R. R., Burmistrov A. V., Khamidullin M. S, Khisameev I. G. Analysis of the screw compressor rotors' non-uniform thermal field effect on transmission error. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2015. Vol. 90. P. 012004. DOI: 10.1088/1757-899X/90/1/012004. EDN: UZYRBR.Мустафин Т. Н., Якупов Р. Р., Уйбекова Л. Х., Хамидуллин М. С., Хисамеев И. Г. Расчёт температурных полей роторов винтового компрессора // Компрессорная техника и пневматика. 2017. № 4. С. 22–27. EDN: YNMIAX.Mustafin T. N., Yakupov R. R., Uybekova L. Kh., Khamidullin M. S., Khisameyev I. G. Raschet temperaturnykh poley rotorov vintovogo kompressora [Screw compressor rotors’ temperature fields’ calculation]. Kompressornaya tekhnika i pnevmatika. Compressors and Pneumatics. 2017. No. 4. P. 22–27. EDN: YNMIAX. (In Russ.).Mustafin T. N., Yakupov R. R., Khamidullin M. S., Khisameev I. G., Uybekova L. H., Paranina O. Y. Determining of actual profile clearances and screw compressor rotor positions depending on working conditions. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2017. Vol. 232. DOI: 10.1088/1757-899X/232/1/012023. EDN: XXUIMP.Mustafin T. N., Yakupov R. R., Khamidullin M. S., Khisameev I. G., Uybekova L. H., Paranina O. Y. Determining of actual profile clearances and screw compressor rotor positions depending on working conditions. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2017. Vol. 232. DOI: 10.1088/1757-899X/232/1/012023. EDN: XXUIMP.Mustafin T. N., Yakupov R. R., Khamadullin M. S., Khisameev I. G., Uybekova L. Kh., Paranina O. Yu. Calculation and experimental analysis of profile clearance values in screw compressor rotors. AIP Conference Proceedings. 2018. Vol. 2007. P. 030049. DOI: 10.1063/1.5051910. EDN: YCLRDN.Mustafin T. N., Yakupov R. R., Khamadullin M. S., Khisameev I. G., Uybekova L. Kh., Paranina O. Yu. Calculation and experimental analysis of profile clearance values in screw compressor rotors. AIP Conference Proceedings. 2018. Vol. 2007. P. 030049. DOI: 10.1063/1.5051910. EDN: YCLRDN.Hsieh S. H., Shih Y. C., Hsieh W. H., Lin F. Y., Tsai M. J. Calculation of temperature distributions in the rotors of oilinjected screw compressors. International Journal of Thermal Sciences. 2011. Vol. 50 (7). P. 1271–1284.Hsieh S. H., Shih Y. C., Hsieh W. H., Lin F. Y., Tsai M. J. Calculation of temperature distributions in the rotors of oilinjected screw compressors. International Journal of Thermal Sciences. 2011. Vol. 50 (7). P. 1271–1284.Hsieh S. H., Hsieh W. H., Huang C. S., Huang Y. H. Numerical analysis of performance, rotor temperature distributions, and rotor thermal deformation of an R134a screw compressor. International Compressor Engineering Conference. 2012. Paper 2115.Hsieh S. H., Hsieh W. H., Huang C. S., Huang Y. H. Numerical analysis of performance, rotor temperature distributions, and rotor thermal deformation of an R134a screw compressor. International Compressor Engineering Conference. 2012. Paper 2115.Gao T. Y., Yang D. F., Cao F., Jiao J. C. Temperature and thermodynamic deformation analysis of the rotors on a twin screw multiphase pump with high gas volume fractions. Journal of Zhejiang University-SCIENCE A. 2011. Vol. 12. P. 720–730. DOI: 10.1631/jzus.A1000485.Gao T. Y., Yang D. F., Cao F., Jiao J. C. Temperature and thermodynamic deformation analysis of the rotors on a twin screw multiphase pump with high gas volume fractions. Journal of Zhejiang University-SCIENCE A. 2011. Vol. 12. P. 720–730. DOI: 10.1631/jzus.A1000485.Sauls J., Powell G., Weathers B. Transient thermal analysis of screw compressors, Part 1: Use of thermodynamic simulations to determine boundary conditions for fine element analyses. International Compressor Engineering Conference. 2006. Paper 1811.Sauls J., Powell G., Weathers B. Transient thermal analysis of screw compressors, Part 1: Use of thermodynamic simulations to determine boundary conditions for fine element analyses. International Compressor Engineering Conference. 2006. Paper 1811.Kandlkar S. G. Heat transfer characteristics in partial boiling, fully developed boiling, and significant void flow regions of subcooled flow boiling. Journal of Heat Transfer. 1998. Vol. 120 (2). DOI: 10.1115/1.2824263.Kandlkar S. G. Heat transfer characteristics in partial boiling, fully developed boiling, and significant void flow regions of subcooled flow boiling. Journal of Heat Transfer. 1998. Vol. 120 (2). DOI: 10.1115/1.2824263.Gnielinski V. Ein neues Berechnungsverfahren für die Wärmeübertragung im Übergangsbereich zwischen laminarer und turbulenter Rohrströmung [New calculation procedure for the heat transfer in the transition region between laminar and turbulent pipe flow]. Forschung im Ingenieurwesen. 1995. Vol. 61. P. 240–248. DOI: 10.1007/BF02607964. (In Germ.).Gnielinski V. Ein neues Berechnungsverfahren für die Wärmeübertragung im Übergangsbereich zwischen laminarer und turbulenter Rohrströmung [New calculation procedure for the heat transfer in the transition region between laminar and turbulent pipe flow]. Forschung im Ingenieurwesen. 1995. Vol. 61. P. 240–248. DOI: 10.1007/BF02607964. (In Germ.).Shevchuk I. V., Khalatov A. A. Heat Transfer and hydrodynamics in straight channels rotating about a parallel or inclined axis (Review). High Temperature. 1996. Vol. 34, no. 3. P. 455–467.Shevchuk I. V., Khalatov A. A. Heat Transfer and hydrodynamics in straight channels rotating about a parallel or inclined axis (Review). High Temperature. 1996. Vol. 34, no. 3. P. 455–467.Tachibana F., Fukui S., Mitsumura H. Heat transfer in an annulus with an inner rotating cylinder. Bulletin of JSME. 1960. Vol. 3. P. 119–123. DOI: 10.1299/jsme1958.3.119.Tachibana F., Fukui S., Mitsumura H. Heat transfer in an annulus with an inner rotating cylinder. Bulletin of JSME. 1960. Vol. 3. P. 119–123. DOI: 10.1299/jsme1958.3.119.Дорфман Л. А. Гидродинамическое сопротивление и теплоотдача вращающихся тел. Москва: Физматгиз, 1960. 260 с.Dorfman L. A. Gidrodinamicheskoye soprotivleniye i teplootdacha vrashchayushchikhsya tel [Hydrodynamic resistance and heat transfer of rotating bodies]. Moscow, 1960. 260 p. (In Russ.).Хисамеев И. Г., Максимов В. А. Двухроторные винтовые и прямозубые компрессоры. Теория, расчет и проектирование. Казань: ФЭН, 2000. 638 с. ISBN 5-7544-0153-1.Khisameyev I. G., Maksimov V. A. Dvukhrotornyye vintovyye i pryamozubyye kompressory. Teoriya, raschet i proyektirovaniye [Twin rotor screw and spur compressors. Theory, calculation, and design]. Kazan, 2000. 638 p. ISBN 5-7544-0153-1. (In Russ.).Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей: cправ. / пер. с англ. под ред. Б. И. Соколова. 3-е изд., перераб. и доп. Ленинград: Химия, 1982. 592 с.Reid R., Prausnitz J., Sherwood T. Svoystva gazov i zhidkostey: sprav. [The properties of gases and liquids: handbook] / trans. from Engl. ed by B. I. Sokolov. 3rd ed., revised and suppl. Leningrad, 1982. 592 p. (In Russ.).Варгафтик Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. Москва: Наука, 1972. 21 с.Vargaftik N. B. Spravochnik po teplofizicheskim svoystvam gazov i zhidkostey [Handbook of thermophysical properties of gases and liquids]. Moscow, 1972. 21 p. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.