avroenОмский научный вестник. Серия "Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение"Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering2588-03732587-764XОмский государственный технический университет10.25206/2588-0373-2023-7-4-15-24avroen-19Research ArticleЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕPOWER AND CHEMICAL ENGINEERINGОценка степени влияния фактора подвижности стенок щели при расчёте величины протечек в рабочей части спирального компрессора. Часть 2Assessment of the influence of gap wall mobility factor at calculation of leakage in working section of a scroll compressor. Part 2ПронинВ. А.ProninV. A.

ПРОНИН Владимир Александрович, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор образовательного центра «Энергоэффективные инженерные системы»

191002, г. Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, д. 9

PRONIN Vladimir Aleksandrovich, Doctor of Technical Sciences, Professor of Educational Centre «Energy Efficient Engineering Systems»

Saint Petersburg, Lomonosova str., 9, 191002

maior.pronin@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2821-795XКовановА. В.KovanovA. V.

КОВАНОВ Александр Викторович, аспирант образовательного центра «Энергоэффективные инженерные системы»

191002, г. Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, д. 9

KOVANOV Alexander Victorovich, Graduate Student of Educational Centre «Energy Efficient Engineering Systems»

Saint Petersburg, Lomonosova str., 9, 191002

avkovanov@itmo.ruЦветковВ. А.TsvetkovV. A.

ЦВЕТКОВ Вадим Александрович, аспирант, ассистент образовательного центра «Энергоэффективные инженерные системы»

191002, г. Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, д. 9

TSVETKOV Vadim Aleksandrovich, Graduate Student, Assistant of Educational Centre «Energy Efficient Engineering Systems»

Saint Petersburg, Lomonosova str., 9, 191002

wadimtsvetkov@mail.ruМихайловаЕ. Н.MikhailovaE. N.

МИХАЙЛОВА Екатерина Николаевна, аспирант образовательного центра «Энергоэффективные инженерные системы»

191002, г. Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, д. 9

MIKHAILOVA Ekaterina Nikolaevna, Graduate Student of Educational Centre «Energy Efficient Engineering Systems»

Saint Petersburg, Lomonosova str., 9, 191002

mikhaylova_en@mail.ruБеловП. А.BelovP. A.

БЕЛОВ Павел Андреевич, аспирант образовательного центра «Энергоэффективные инженерные системы»

191002, г. Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, д. 9

BELOV Pavel Andreevich, Graduate Student of Educational Centre «Energy Efficient Engineering Systems»

Saint Petersburg, Lomonosova str., 9, 191002

mr.belofff99@gmail.comУниверситет ИТМОРоссияITMO UniversityRussian Federation202330122023741524Copyright © Пронин В.А., Кованов А.В., Цветков В.А., Михайлова Е.Н., Белов П.А., 20232023Пронин В.А., Кованов А.В., Цветков В.А., Михайлова Е.Н., Белов П.А.Pronin V.A., Kovanov A.V., Tsvetkov V.A., Mikhailova E.N., Belov P.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ariem.omgtu.ru/jour/article/view/19

Протечки рабочего вещества в зазорах проточной части компрессора занимают большую долю его объемных потерь. От точности определения количественной составляющей зависит оптимальность расчетных и аппроксимированных характеристик. Соответственно адекватная и качественная математическая модель должна включать фактор нестационарности процесса протечек, с учетом подвижности спиральных элементов. Вместе с этим большую роль в характере протечек играют реальные свойства рабочей среды, характеризуемые коэффициентом сжимаемости. Таким образом, в настоящей статье ставится задача создания математической модели адекватной действительному процессу сжатия и позволяющей оценить степень влияния подвижности стенок щели на протечки через них. Результат численных расчетов по предложенной методике имеет меньшую погрешность относительно экспериментальных данных, чем результат, полученный без учета подвижности стенок щели. Также он показал значительное влияние на расход протечек как разности давлений на краях щели, так и вязкостных свойств паромасляной смеси, значительный процент которой составляет масло.

Leakage of the working substance in the compressor's flow gaps accounts for a large share of its volumetric losses. The optimality of calculated and approximated characteristics depends on the accuracy of quantitative component determination. Accordingly, an adequate and qualitative mathematical model should include the factor of non-stationarity of the leakage process, taking into account the mobility of scroll elements. At the same time, the real properties of the working medium, characterized by the compressibility coefficient, play an important role in the nature of leakage. Thus, in this article the task of creating a mathematical model adequate to the actual process of compression and allowing to estimate the degree of influence of the slit walls mobility on the leakage through them is set. The result of numerical calculations has a smaller error in relation to experimental data, and it also showed a significant influence on the leakage rate of both the pressure difference at the edges of the slot and the viscosity properties of the vapour-oil mixture, a significant percentage of which is oil.

спиральный компрессорнестационарное течение в щеляхрабочий зазорподвижность стенок щелиметодика расчета протечекscroll compressorunsteady flow in slotsworking gapmobility of slot wallsleakage calculation methodologyReferencesPlaza E. L. Dynamic Analysis of a scroll compressor. Master of Science Thesis MMK 2007:33 MPK 593 KTH Industrial Engineering and Management Machine Design SE-100 44. Stockholm, Sweden, 2007. 80 p.Plaza E. L. Dynamic Analysis of a scroll compressor. Master of Science Thesis MMK 2007:33 MPK 593 KTH Industrial Engineering and Management Machine Design SE-100 44. Stockholm, Sweden, 2007. 80 p. (In Engl.).Бежанишвили Э. М., Быков А. В., Гуревич Е. С. [и др.]. Холодильные компрессоры: справочник. Москва: Легкая и пищевая промышленность, 1981. 279 с.Bezhanishvili E. M., Bykov A. V., Gurevich E. S. [et al.]. Kholodil’nyye kompressory [Refrigeration compressors: handbook]. Moscow, 1981. 279 p. (In Russ.).Крестин Е. А. К вопросу о теоретическом исследовании гидродинамических характеристик течения вязкой несжимаемой жидкости в зазорах переменной высоты // Градостроительство и архитектура. 2018. Т. 8, № 1 (30). С. 130–134. DOI: 10.17673/Vestnik.2018.01.22. EDN: XUATVR.Krestin E. A. K voprosu o teoreticheskom issledovanii gidrodinamicheskikh kharakteristik techeniya vyazkoy neszhimayemoy zhidkosti v zazorakh peremennoy vysoty [On the theoretical study of the hydrodynamic characteristics of viscous incompressible fluid flow in gaps of variable height] // Gradostroitel’stvo i Arkhitektura. Urban Construction and Architecture. 2018. Vol. 8, no. 1. P. 130–134. EDN: XUATVR. (In Russ.).Гурченков А. А. Неустановившееся движение вязкой жидкости между вращающимися параллельными стенками при наличии поперечного потока // Прикладная механика и теоретическая физика. 2001. Т. 42, № 4 (248). С. 48–51. EDN: ONVVMX.Gurchenkov A. A. Neustanovivsheyesya dvizheniye vyazkoy zhidkosti mezhdu vrashchayushchimisya parallel’nymi stenkami pri nalichii poperechnogo potoka [Unsteady motion of a viscous liquid between rotating parallel walls in the presence of a crossflow] // Prikladnaya Mekhanika i Teoreticheskaya Fizika. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2001. Vol. 42, no. 4. P. 48–51. EDN: ONVVMX. (In Russ.).Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа. Москва: Наука, 1987. 840 с.Loytsyanskiy L. G. Mekhanika zhidkosti i gaza [Fluid and Gas Mechanics]. Moscow, 1987. 840 p. (In Russ.).Ден Г. Н. Введение в термогазодинамику реальных газов: курс лекций, прочитанный аспирантам СПГАХПТ. СанктПетербург: Изд-во СПбГТУ, 1998. 139 с.Den G. N. Vvedeniye v termogazodinamiku real’nykh gazov: kurs lektsiy prochitannyy aspirantam SPGAKHPT [Introduction to Thermogasodynamics of Real Gases. Course of lectures delivered to postgraduate students of SPSURFPT]. Saint Petersburg, 1998. 139 p. (In Russ.).Бараненко А. В., Бухарин Н. Н., Пекарев В. И. [и др.]. Холодильные машины. Санкт-Петербург: Изд-во Политехника, 2006. 941 с.Baranenko A. V., Bukharin N. N., Pekarev V. I. [et al.]. Kholodil’nyye mashiny. [Refrigeration machines]. Saint Petersburg, 2006. 941 p. (In Russ.).Щерба В. Е., Дорофеев Е. А., Павлюченко Е. А. Оценка влияния нестационарности течения вязкой жидкости в цикле поршневой гибридной энергетической машины на величину массового расхода жидкости в щелевом уплотнении // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2021. № 10. С. 18–23.Shcherba V. E., Dorofeyev E. A., Pavlyuchenko E. A. Otsenka vliyaniya nestatsionarnosti techeniya vyazkoy zhidkosti v tsikle porshnevoy gibridnoy energeticheskoy mashiny na velichinu massovogo raskhoda zhidkosti v shchelevom uplotnenii [Evaluation of the influence of the viscous fluid flow unsteadiness in the cycle of a reciprocating hybrid power machine on the fluid flow rate in the slot seal] // Khimicheskoye i Neftegazovoye Mashinostroyeniye. Chemical and Petroleum Engineering. 2021. No. 10. P. 18–23. (In Russ.).Zheng S., Wei M., Song P. [et al.]. Thermodynamics and flow unsteadiness analysis of trans-critical CO2 in a scroll compressor for mobile heat pump air-conditioning system // Applied Thermal Engineering. 2020. Vol. 175. P. 115368. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2020.115368.Zheng S., Wei M., Song P. [et al.]. Thermodynamics and flow unsteadiness analysis of trans-critical CO2 in a scroll compressor for mobile heat pump air-conditioning system // Applied Thermal Engineering. 2020. Vol. 175. P. 115368. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2020.115368. (In Engl.).Zheng S., Wei M., Hu C. [et al.]. Flow characteristics of tangential leakage in a scroll compressor for automobile heat pump with CO2 // Science China Technological Sciences. 2021. Vol. 64, № 5. P. 971–983. DOI: 10.1007/s11431-020-1765-3.Zheng S., Wei M., Hu C. [et al.]. Flow characteristics of tangential leakage in a scroll compressor for automobile heat pump with CO2 // Science China Technological Sciences. 2021. Vol. 64, no. 5. P. 971–983. DOI: 10.1007/s11431-020-1765-3. (In Engl.).Pereira E. L. L., Braga V. M., Deschamps C. J. Data from the numerical analysis of radial and tangential leakage of gas in scroll compressors // Data in Brief. 2020. Vol. 29. P. 105197. DOI: 10.1016/j.dib.2020.105197.Pereira E. L. L., Braga V. M., Deschamps C. J. Data from the numerical analysis of radial and tangential leakage of gas in scroll compressors // Data in Brief. 2020. Vol. 29. P. 105197. DOI: 10.1016/j.dib.2020.105197. (In Engl.).Pereira E. L. L., Deschamps C. J. Numerical analysis and correlations for radial and tangential leakage of gas in scroll compressors // International Journal of Refrigeration. 2019. Vol. 110 (12). P. 239–247. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2019.11.002.Pereira E. L. L., Deschamps C. J. Numerical analysis and correlations for radial and tangential leakage of gas in scroll compressors // International Journal of Refrigeration. 2019. Vol. 110 (12). P. 239–247. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2019.11.002. (In Engl.).Suamir I. N. Study on the Performance of Scroll Compressor Applied for Medium Temperature Refrigeration System // Journal of Advanced Research in Fluid Mechanics and Thermal Sciences. 2021. Vol. 83, no. 2. P. 98–113. DOI: 10.37934/arfmts.83.2.98113.Suamir I. N. Study on the Performance of Scroll Compressor Applied for Medium Temperature Refrigeration System // Journal of Advanced Research in Fluid Mechanics and Thermal Sciences. 2021. Vol. 83, no. 2. P. 98–113. DOI: 10.37934/arfmts.83.2.98113. (In Engl.).Wang J., Liu T. Leakage model of axial clearance and test of scroll compressors // Journal of Shanghai Jiaotong University (Science). 2020. Vol. 25, № 4. P. 531–537. DOI: 10.1007/s12204020-2163-6.Wang J., Liu T. Leakage model of axial clearance and test of scroll compressors // Journal of Shanghai Jiaotong University (Science). 2020. Vol. 25, no. 4. P. 531–537. DOI: 10.1007/s12204-020-2163-6. (In Engl.).Hidaka A., Ikeda A., Morimoto T. [et al.]. Axial and Radial Force Control for a CO2 Scroll Expander // HVAC&R Research. 2009. Vol. 15, № 4. P. 759–770. DOI: 10.1080/10789669.2009.10390862.Hidaka A., Ikeda A., Morimoto T. [et al.]. Axial and Radial Force Control for a CO2 Scroll Expander // HVAC&R Research. 2009. Vol. 15, no. 4. P. 759–770. DOI: 10.1080/10789669.2009.10390862. (In Engl.).Hirofumi Y., Atsushi S., Yoshiyuki F. [et al.]. Clearance Control of Scroll Compressor for CO2 Refrigerant // International Compressor Engineering Conference. 2008. 1848. URL: https://docs.lib.purdue.edu/icec/1848/ (дата обращения: 14.01.2023).Hirofumi Y., Atsushi S., Yoshiyuki F. [et al.]. Clearance Control of Scroll Compressor for CO2 Refrigerant // International Compressor Engineering Conference. 2008. 1848. URL: https://docs.lib.purdue.edu/icec/1848/ (accessed: 14.01.2023). (In Engl.).Глаголев Н. М. Рабочие процессы двигателей внутреннего сгорания. Киев-Москва: Машгиз, 1950. 480 с.Glagolev N. M. Rabochiye protsessy dvigateley vnutrennego sgoraniya. [Operating processes of internal combustion engines]. Kiev-Moscow, 1950. 480 p. (In Russ.).Мамонтов М. А. Вопросы термодинамики тела переменной массы. Москва: Оборонгиз, 1961. 480 с.Mamontov M. A. Voprosy termodinamiki tela peremennoy massy [Questions of thermodynamics of a body of variable mass]. Moscow, 1961. 480 p. (In Russ.).Тарасов А. М., Егоров В. Г. Методика и расчет рабочего процесса винтовых компрессоров // Энергомашиностроение. 1970. № 6. C. 43–45.Tarasov A. M., Egorov V. G. Metodika i raschet rabochego protsessa vintovykh kompressorov [Methodology and calculation of the working process of screw compressors] // Energomashinostroyeniye. Power Engineering. 1970. No. 6. P. 43–45. (In Russ.).Li G., Kim G. Performance Simulation of Scroll Compressors // International Conference on Compressors and Their Systems: 7th International Conference. 2001. P. 123–132.Li G., Kim G. Performance Simulation of Scroll Compressors // International Conference on Compressors and Their Systems: 7th International Conference. 2001. P. 123–132. (In Engl.).Chen Y., Halm N., Groll E. [et al.]. Comprehensive Model of Scroll Compressor Part I: Compression Process Modeling // Proceedings of International Compressor Engineering Conference at Purdue. 2000. P. 715–724. URL: https://core.ac.uk/download/pdf/4957156.pdf. (дата обращения: 15.03.2023).Chen Y., Halm N., Groll E. [et al.]. Comprehensive Model of Scroll Compressor Part I: Compression Process Modeling // Proceedings of International Compressor Engineering Conference at Purdue. 2000. P. 715–724. URL: https://core.ac.uk/download/pdf/4957156.pdf. (accessed: 15.03.2023). (In Engl.).Chen Y., Halm N., Groll E. [et al.]. Comprehensive Model of Scroll Compressor Part II: Overall Scroll Compressor Modeling // Proceedings of International Compressor Engineering Conference at Purdue. 2000. P. 725–734. URL: https://docs.lib.purdue.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=2455&context=icec (дата обращения: 15.03.2023).Chen Y., Halm N., Groll E. [et al.]. Comprehensive Model of Scroll Compressor Part II: Overall Scroll Compressor Modeling // Proceedings of International Compressor Engineering Conference at Purdue. 2000. P. 725–734. URL: https://docs.lib.purdue.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=2455&context=icec (accessed: 15.03.2023). (In Engl.).Wang B., Li X., Shi W. A General Geometrical Model of Scroll Compressors Based on Discretional Initial Angles of Involute // International Journal of Refrigeration. 2005. Vol. 28, no. 6. P. 958–966. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2005.01.015.Wang B., Li X., Shi W. A General Geometrical Model of Scroll Compressors Based on Discretional Initial Angles of Involute // International Journal of Refrigeration. 2005. Vol. 28, no. 6. P. 958–966. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2005.01.015. (In Engl.).Qiang J., Peng B., Liu Z. Dynamic Model for the Orbiting Scroll Based on the Pressures in Scroll Chambers–Part I: Analytical Modeling // International Journal of Refrigeration. 2013. Vol. 36, № 7. P. 1830–1849. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2013.02.004.Qiang J., Peng B., Liu Z. Dynamic Model for the Orbiting Scroll Based on the Pressures in Scroll Chambers–Part I: Analytical Modeling // International Journal of Refrigeration. 2013. Vol. 36, no. 7. P. 1830–1849. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2013.02.004. (In Engl.).Qiang J., Peng B., Liu Z. Dynamic Model for the Orbiting Scroll Based on the Pressures in Scroll Chambers – Part II: Investigations on Scroll Compressors and Model Validation // International Journal of Refrigeration. 2013. Vol. 36, № 7. P. 1850–1865. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2013.02.013.Qiang J., Peng B., Liu Z. Dynamic Model for the Orbiting Scroll Based on the Pressures in Scroll Chambers – Part II: Investigations on Scroll Compressors and Model Validation // International Journal of Refrigeration. 2013. Vol. 36, no. 7. P. 1850–1865. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2013.02.013. (In Engl.).Winandy E., Lebrun J. Experimental Analysis and Simplified Modeling of a Hermetic Scroll Refrigeration Compressor // Applied Thermal Engineering. 2002. Vol. 22, № 2. P. 107– 120. DOI: 10.1016/S1359-4311(01)00083-7.Winandy E., Lebrun J. Experimental Analysis and Simplified Modeling of a Hermetic Scroll Refrigeration Compressor // Applied Thermal Engineering. 2002. Vol. 22, no. 2. P. 107–120. DOI: 10.1016/S1359-4311(01)00083-7. (In Engl.).Peng B., Honsheng Z., Li Z. [et al.]. Stress and Deformation Analyses of Twin-Spirals Scroll Plates Based on CAE // International Compressor Engineering Conference at Purdue, July 14–17. 2008. URL: https://docs.lib.purdue.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=2923&context=icec (дата обращения: 15.03. 2023).Peng B., Honsheng Z., Li Z. [et al.]. Stress and Deformation Analyses of Twin-Spirals Scroll Plates Based on CAE // International Compressor Engineering Conference at Purdue, July 14–17. 2008. URL: https://docs.lib.purdue.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=2923&context=icec (accessed: 15.03. 2023). (In Engl.).Ullah H., Peng B., Bocko J. [et al.]. Stress and Deformation Analysis of Oil-Free Air Scroll Compressor // Journal of Physics: Conference Series. 2021. № 1877. P. 012004. DOI: 10.1088/17426596/1877/1/012004.Ullah H., Peng B., Bocko J. [et al.]. Stress and Deformation Analysis of Oil-Free Air Scroll Compressor // Journal of Physics: Conference Series. 2021. No. 1877. P. 012004. DOI: 10.1088/1742- 6596/1877/1/012004. (In Engl.).Гиршфельдер Д. Ж. Молекулярная теория газов и жидкостей. Москва: Изд-во иностр. лит., 1961. 929 с.Girshfel’der D. Zh. Molekulyarnaya teoriya gazov i zhidkostey [Molecular theory of gases and liquids]. Moscow, 1961. 929 p. (In Russ.).Сакун И. А. Винтовые компрессоры: Основы теории, расчет, конструкция. 2-е изд., перераб. и доп. Ленинград: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1970. 400 с.Sakun I. A. Vintovyye kompressory: Osnovy teorii, raschet, konstruktsiya [Screw compressors: Fundamentals of theory, calculation, design]. Leningrad, 1970. 400 p. (In Russ.).Pronin V. A., Kuznetsov Y. L., Zhignovskaia D. V. [et al.]. Improving methodology calculating the leakages compressible environment in the working part of a screw compressor // AIP Conference Proceedings. 2019. Vol. 2141. P. 030010. DOI: 10.1063/1.5122060.Pronin V. A., Kuznetsov Y. L., Zhignovskaia D. V. [et al.]. Improving methodology calculating the leakages compressible environment in the working part of a screw compressor // AIP Conference Proceedings. 2019. Vol. 2141. P. 030010. DOI: 10.1063/1.5122060. (In Engl.).Пронин В. А., Верболоз А. Л. Оценка влияния подвижности стенок щелей на протечки компримируемой среды в винтовом однороторном компрессоре (ВКО) // Вестник Международной академии холода. 2012. Т. 42, № 1. С. 31–33. EDN: OWQHTL.Pronin V. A., Verboloz A. L. Otsenka vliyaniya podvizhnosti stenok shcheley na protechki komprimiruyemoy sredy v vintovom odnorotornom kompressore (VKO) [Assessment of the effect of crevice wall mobility on compressed fluid leakage in a single-rotor screw compressor (SSC)] // Vestnik Mezhdunarodnoy Akademii Kholoda. Journal of International Academy of Refrigeration. 2012. Vol. 42, no. 1. P. 31–33. (In Russ.).Emerson boost for CO2 scroll technology. URL: https://www.coolingpost.com/products/emerson-boost-for-co2-scrolltechnology/ (дата обращения: 15.09.2022).Emerson boost for CO2 scroll technology. URL: https://www.coolingpost.com/products/emerson-boost-for-co2-scrolltechnology/ (accessed: 15.09.2022). (In Engl.).Emerson Aims to Increase R744 Adoption in Small Stores by Simplifying Systems. URL: https://r744.com/emerson-aimstoincrease-r744-adoption-in-small-stores-by-simplifying-systemsdynamicvapor-injection/ (дата обращения: 15.09.2022).Emerson Aims to Increase R744 Adoption in Small Stores by Simplifying Systems. URL: https://r744.com/emerson-aimsto-increase-r744-adoption-in-small-stores-by-simplifying-systemsdynamic-vapor-injection/ (accessed: 15.09.2022). (In Engl.).

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