avroenОмский научный вестник. Серия "Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение"Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering2588-03732587-764XОмский государственный технический университет10.25206/2588-0373-2024-8-2-13-21FCRVHKavroen-4Research ArticleЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕPOWER AND CHEMICAL ENGINEERINGАнализ основных направлений снижения интенсивности массовых потоков рабочего тела через неплотности рабочей камеры поршневой длинноходовой тихоходной компрессорной ступениThe analysis of the main directions for reducing the intensity of mass flows of the working fluid through leaks in the working chamber of a piston long-stroke low-speed compressor stagehttps://orcid.org/0000-0001-9858-7687ЮшаВ. Л.YushaV. L.

Юша Владимир Леонидович - доктор технических наук, профессор (Россия), главный специалист технического отдела. SPIN-код: 1503-9666. AuthorID (SCOPUS): 6505861937. ResearcherID: J-8079-2013.

644042, Омск, ул. Иртышская набережная, 11, корп. 1

Yusha Vladimir Leonidovich - Doctor of Technical Sciences, Professor, Chief Specialist of Technical Department, SPIN-code: 1503-9666. AuthorID (SCOPUS): 6505861937. ResearcherID: J-8079-2013.

Omsk, Irtyshskaya Embankment Str., bld. 11/1, 644042

1978yusha@mail.ruБусаровС. С.BusarovS. S.

Бусаров Сергей Сергеевич - кандидат технических наук, доцент кафедры «Холодильная и компрессорная техника и технология» ОмГТУ, AuthorID (РИНЦ): 610336. AuthorID (SCOPUS): 51560987400.

644050, Омск, пр. Мира, 11

Busarov Sergey Sergeevich - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of Refrigeration and Compressor Equipment and Technology      Department, AuthorID (RSCI): 610336. AuthorID (SCOPUS): 51560987400.

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

bssi1980@mail.ruНедовенчаныйА. В.NedovenchanyA. V.

Недовенчаный Алексей Васильевич - кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры «Холодильная и компрессорная техника и технология» ОмГТУ, AuthorID (РИНЦ): 762474. AuthorID (SCOPUS): 57191035621.

644042, Омск, ул. Иртышская набережная, 11, корп. 1

Nedovenchany Aleksey Vasilievich - Candidate of Technical Sciences, Senior Lecturer of Refrigeration and Compressor Equipment and Technology Department, OmSTU, AuthorID (RSCI): 762474. AuthorID (SCOPUS): 57191035621.

Omsk, Irtyshskaya Embankment Str., bld. 11/1, 644042

lonewolf_rus88@mail.ruОАО «Сибнефтетранспроект»РоссияOJSC «Sibneftetransproekt»Russian FederationОмский государственный технический университетРоссияOmsk State Technical UniversityRussian Federation202430062024821321Copyright © Юша В.Л., Бусаров С.С., Недовенчаный А.В., 20242024Юша В.Л., Бусаров С.С., Недовенчаный А.В.Yusha V.L., Busarov S.S., Nedovenchany A.V.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/4

Рассмотрены рабочие процессы и интегральные характеристики поршневых длинноходовых тихоходных компрессорных ступеней. В качестве объектов сравнения рассматривались известные технологии повышения коэффициента подачи: подбор основных размеров и параметров ступени; изменение размеров и конструкции клапанов, применение эластомерных конструкционных материалов; изменение конструкции цилиндропоршневого уплотнения; изменение компоновки клапана всасывания в рабочей камере. В качестве интегральных показателей рассмотрены индикаторный КПД, коэффициент подачи и коэффициент герметичности, а также температура нагнетания. В качестве независимых параметров рассмотрены: параметры состояния рабочего тела на всасывании, давление нагнетания, основные размеры и параметры ступени, расстояние от клапана всасывания до верхней мертвой точки, диаметры седла клапанов всасывания и нагнетания, а также физико-механические свойства конструкционных материалов.

Выполнен сравнительный анализ эффективности рабочего процесса рассматриваемой ступени при использовании различных технологий снижения интенсивности массообмена через неплотности рабочей камеры поршневой тихоходной длинноходовой ступени. Проведена оценка достижимой величины коэффициента подачи при комбинированном применении различных технологий. Исследованы особенности рабочих процессов рассматриваемого объекта и взаимосвязь интенсивности массовых потоков рабочего газа через неплотности рабочей камеры ступени с применяемыми технологиями. Представленные результаты теоретического анализа отражают характер изменения интегральных характеристик ступени в зависимости от применяемых технологий снижения интенсивности массообмена через неплотности рабочей камеры рассматриваемой ступени.

The working processes and integral characteristics of piston long-stroke low-speed compressor stages are considered. Well-known technologies for increasing the feed rate are considered as objects of comparison: selection of the main dimensions and parameters of the stage; changing the size and design of valves, using elastomeric structural materials; change in the design of the cylinder-piston seal; changing the layout of the suction valve in the working chamber. Indicator efficiency, supply coefficient and tightness coefficient, as well as discharge temperature are considered as integral indicators. The following independent parameters are considered: parameters of the state of the working fluid at suction, discharge pressure, main dimensions and parameters of the stage, distance from the suction valve to the top dead center, seat diameters of the suction and discharge valves, as well as physical and mechanical properties of structural materials.

A comparative analysis of the efficiency of the working process of the stage under consideration is carried out using various technologies for reducing the intensity of mass transfer through leaks in the working chamber of a low-speed, long-stroke piston stage. An assessment is made of the achievable value of the feed coefficient with the combined use of various technologies. The features of the working processes of the object under consideration and the relationship between the intensity of mass flows of working gas through leaks in the working chamber of the stage and the technologies used have been studied. The presented results of the theoretical analysis reflect the nature of the change in the integral characteristics of the stage depending on the technologies used to reduce the intensity of mass transfer through leaks in the working chamber of the stage under consideration.

поршневой компрессортихоходная длинноходовая ступеньрабочие процессыматематическое моделированиеутечкикоэффициент подачиклапаныуплотненияосновные размеры и параметрыpiston compressorlow-speed long-stroke stagework processesmathematical modelingleaksflow ratevalvessealsmain dimensions and parametersReferencesГидроприводные компрессоры. URL: https://eldeprocess.ru/oborudovanie/kompressory/dozhimnye-kompressory/gidroprivodnye-kompressory/ (дата обращения: 03.11.2023).Gidroprivodnyye kompressory [Hydraulic compressors]. URL: https://eldeprocess.ru/oborudovanie/kompressory/dozhimnye-kompressory/gidroprivodnye-kompressory/ (accessed: 03.11. 2023). (In Russ.).Газовые компрессоры высокого и низкого давления Hydro-Pac. URL: https: //compressor.net.ru/production/compressor_visokogo_davlrniya (дата обращения: 03.08.2022).Gazovyye kompressory vysokogo i nizkogo davleniya HydroPac [Hydro-Pac high and low pressure gas compressors]. URL: https://compressor.net.ru/production/compressor_visokogo_davlrniya/ (accessed: 03.08.2022). (In Russ.).Оборудование на базе гидроприводных компрессоров. URL: https://kenpo.ru/ajax/product.php?ID=4 (дата обращения: 03.08.2022).Oborudovaniye na baze gidroprivodnykh kompressorov [Equipment based on hydraulic compressors]. URL: https: //kenpo.ru/ajax/product.php?ID=4 (accessed: 03.08.2022). (In Russ.).Недовенчаный А. В. Повышение энергетической и динамической эффективности малорасходного одноступенчатого компрессорного агрегата с линейным гидроприводом: дис. … канд. техн. наук. Омск, 2020. 232 с.Nedovenchany A. V. Povysheniye energeticheskoy i dinamicheskoy effektivnosti maloraskhodnogo odnostupenchatogo kompressornogo agregata s lineynym gidroprivodom [Increasing the energy and dynamic efficiency of a low-flow single-stage compressor unit with linear hydraulic drive]. Omsk, 2020. 232 p. (In Russ.).Бусаров С. С. Создание и совершенствование бессмазочных поршневых компрессоров среднего и высокого давления на базе малорасходных тихоходных длинноходовых ступеней: автореф. дис. … д-ра техн. наук. Омск, 2024. 32 с.Busarov S. S. Sozdaniye i sovershenstvovaniye bessmazochnykh porshnevykh kompressorov srednego i vysokogo davleniya na baze maloraskhodnykh tikhokhodnykh dlinnokhodovykh stupeney [Creation and improvement of lubrication-free piston compressors of medium and high pressure based on low-flow, low-speed, long-stroke stages]. Omsk, 2024. 32 p. (In Russ.).Бусаров С. С., Юша В. Л. Перспективы создания малорасходных компрессорных агрегатов среднего и высокого давления на базе унифицированных тихоходных длинноходовых ступеней // Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. 2018. Т. 24, № 4. С. 80–89. DOI: 10.18721/JEST.24408. EDN: YRNOVN.Busarov S. S., Yusha V. L. Perspektivy sozdaniya maloraskhodnykh kompressornykh agregatov srednego i vysokogo davleniya na baze unifitsirovannykh tikhokhodnykh dlinnokhodovykh stupeney [Prospects for creating low-flow compressor units with medium and high pressures based on unified low-speed long-stroke stages] // Nauchno-tekhnicheskiye vedomosti SPbPU. Estestvennyye i inzhenernyye nauki. St. Petersburg Polytechnical University. Journal of Engineering Sciences and Technology. 2018. Vol. 24, no. 4. P. 80–89. DOI: 10.18721/JEST.24408. EDN: YRNOVN. (In Russ.).Юша В. Л., Бусаров С. С., Недовенчаный А. В. [и др.]. Анализ влияния закона регулирования линейного гидропривода на энергетические и динамические характеристики одноступенчатого компрессорного агрегата // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2019. № 11 (716). С. 26–35. DOI: 10.18698/0536-1044-2019-11-26-35. EDN: GATVJB.Yusha V. L., Busarov S. S., Nedovenchanyi A. V. [et al.]. Analiz vliyaniya zakona regulirovaniya lineynogo gidroprivoda na energeticheskiye i dinamicheskiye kharakteristiki odnostupenchatogo kompressornogo agregata [An analysis of the influence of the linear hydraulic drive regulation law on the energy and dynamic characteristics of a single-stage compressor unit] // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Mashinostroyeniye. BMSTU Journal of Mechanical Engineering. 2019. No. 11. P. 26–35. DOI: 10.18698/0536-1044-2019-11-26-35. EDN: GATVJB. (In Russ.).Busarov S. S., Nedovenchanyi A. V., Yusha V. L. [et al.]. Analysis of thermal state of intensely cooled long-stroke low-speed piston compressor stage // Chemical and Petroleum Engineering. 2017. Vol. 52. Р. 597–601. DOI: 10.1007/s10556-017-0239-4.Busarov S. S., Nedovenchanyi A. V., Yusha V. L. [et al.]. Analysis of thermal state of intensely cooled long-stroke low-speed piston compressor stage // Chemical and Petroleum Engineering. 2017. Vol. 52. Р. 597–601. DOI: 10.1007/s10556-017-0239-4. (In Engl.).Busarov S. S., Nedovenchanyi A. V., Yusha V. L. Experimental evaluation of the efficiency of long-stroke, lowspeed reciprocating compressor stages in compression of different gases // Chemical and Petroleum Engineering. 2018. Vol. 54. P. 593–597. DOI: 10.1007/s10556-018-0520-1.Busarov S. S., Nedovenchanyi A. V., Yusha V. L. Experimental evaluation of the efficiency of long-stroke, lowspeed reciprocating compressor stages in compression of different gases // Chemical and Petroleum Engineering. 2018. Vol. 54. P. 593–597. DOI: 10.1007/s10556-018-0520-1. (In Engl.).Busarov S. S., Yusha V. L. Implementation features of multistage compression in air compressor units based on lowspeed long-stroke stages // Chemical and Petroleum Engineering. 2021. Vol. 57, no. 7–8. P. 576–582. DOI: 10.1007/s10556-021-00978-x. EDN: DIMQXP.Busarov S. S., Yusha V. L. Implementation features of multistage compression in air compressor units based on lowspeed long-stroke stages // Chemical and Petroleum Engineering. 2021. Vol. 57, no. 7–8. P. 576–582. DOI: 10.1007/s10556-021-00978-x. EDN: DIMQXP. (In Engl.).Громов А. Ю. Разработка поршневых ступеней с линейным приводом для малорасходных компрессорных агрегатов и исследование их рабочих процессов: дис. … канд. техн. наук. Омск, 2017. 213 с.Gromov A. Yu. Razrabotka porshnevykh stupeney s lineynym privodom dlya maloraskhodnykh kompressornykh agregatov i issledovaniye ikh rabochikh protsessov [Development of piston stages with linear drive for low-flow compressor units and study of their working processes]. Omsk, 2017. 213 p. (In Russ.).Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических и нефтеперерабатывающих производств: приказ Ростехнадзора от 15.12.2020 г., № 533. Доступ из справ.-правовой системы «Консультант Плюс».Obshchiye pravila vzryvobezopasnosti dlya vzryvopozharoopasnykh khimicheskikh i neftepererabatyvayushchikh proizvodstv: prikaz Rostekhnadzora ot 15.12.2020 g., no. 533 [General explosion safety rules for fire and explosion hazardous chemical and oil refining industries: order of Rostekhnadzor of 15 December 2020, no. 533]. Available at «Consultant Plus» System. (In Russ.).Правила промышленной безопасности при использовании оборудования, работающего под избыточным давлением: приказ Ростехнадзора от 15.12.2020 г., № 536. Доступ из справ.-правовой системы «Консультант Плюс».Pravila promyshlennoy bezopasnosti pri ispol’zovanii oborudovaniya, rabotayushchego pod izbytochnym davleniyem: prikaz Rostekhnadzora ot 15.12.2020 g., no. 536 [Industrial safety rules when using equipment operating under excess pressure: order of Rostechnadzor of 15 December 2020, no. 536]. Available at «Consultant Plus» System. (In Russ.).Busarov S. S., YushaV. L., Filkin N. Yu. [et al.]. Implementing the principles of operating processes schematization and of performance losses distribution when designing longstroke reciprocating compressor stages // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 1180. 012016. 2021. P. 1–11. DOI: 10.1088/1757-899X/1180/1/012016.Busarov S. S., Yusha V. L., Filkin N. Yu. [et al.]. Implementing the principles of operating processes schematization and of performance losses distribution when designing longstroke reciprocating compressor stages // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 1180. 012016. 2021. P. 1–11. DOI: 10.1088/1757-899X/1180/1/012016. (In Engl.).Юша В. Л. Научно-технологические предпосылки совершенствования и промышленного освоения малорасходных компрессорных агрегатов на базе длинноходовых поршневых ступеней // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2022. Т. 6, № 3. С. 24–39. DOI: 10.25206/2588-0373-2022-6-3-24-39. EDN: YVEINB.Yusha V. L. Nauchno-tekhnologicheskiye predposylki sovershenstvovaniya i promyshlennogo osvoyeniya maloraskhodnykh kompressornykh agregatov na baze dlinnokhodovykh porshnevykh stupeney [Scientific and technological prerequisites for improvement and industrial development of low-flow compressor units based on long-stroke piston stages] // Omskiy nauchnyy vestnik. Ser. Aviatsionnoraketnoye i energeticheskoye mashinostroyeniye. Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering. 2022. Vol. 6, no. 3. P. 24–39. DOI: 10.25206/2588-0373-2022-6-3-24-39. EDN: YVEINB. (In Russ.).Бусаров С. С., Кобыльский Р. Э., Синицын Н. Г. Теоретическая оценка возможности уменьшения массовых утечек рабочей среды из камеры поршневого компрессора // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. Авиационная и ракетно-космическая техника. 2022. № 2 (141). С. 101–111. DOI: 10.18698/0236-3941-2022-2-101-111. EDN: NJTXRO.Busarov S. S., Kobylsky R. E., Sinitsyn N. G. Teoreticheskaya otsenka vozmozhnosti umen’sheniya massovykh utechek rabochey sredy iz kamery porshnevogo kompressora [Theoretical assessment of the possibility of reducing mass leaks of the working medium from the chamber of a piston compressor] // Vestnik MGTU im. N. E. Baumana. Ser. Aviatsionnaya i raketnokosmicheskaya tekhnika. Herald of the Bauman Moscow State Technical University. Series Aviation and Rocket-Space Engineering. 2022. No. 2 (141). P. 101–111. DOI: 10.18698/02363941-2022-2-101-111. EDN: NJTXRO. (In Russ.).Бусаров С. С., Юша В. Л., Кобыльский Р. Э. Экспериментальная оценка эффективности манжетного уплотнения цилиндропоршневой группы длинноходовой компрессорной ступени // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2020. Т. 4, № 3. С. 20–27. DOI: 10.25206/2588-0373-2020-4-3-20-27. EDN: YGWQZY.Busarov S. S., Yusha V. L., Kobylsky R. E. Eksperimental’naya otsenka effektivnosti manzhetnogo uplotneniya tsilindroporshnevoy gruppy dlinnokhodovoy kompressornoy stupeni [Experimental assessment of the effectiveness of the lip seal of the cylinder-piston group of a long-stroke compressor stage] // Omskiy nauchnyy vestnik. Ser. Aviatsionno-raketnoye i energeticheskoye mashinostroyeniye. Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering. 2020. Vol. 4, no. 3. P. 20–27. DOI: 10.25206/2588-0373-2020-4-3-20-27. EDN: YGWQZY. (In Russ.).Бусаров И. С., Бусаров С. С., Юша В. Л. Влияние деформации проточной части эластомерных элементов самодействующих клапанов на характеристики тихоходных длинноходовых компрессорных ступеней // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2021. Т. 5, № 4. С. 33–38. DOI: 10.25206/2588-0373-2021-5-4-33-38. EDN: ZZBIUU.Busarov I. S., Busarov S. S., Yusha V. L. Vliyaniye deformatsii protochnoy chasti elastomernykh elementov samodeystvuyushchikh klapanov na kharakteristiki tikhokhodnykh dlinnokhodovykh kompressornykh stupeney [The influence of deformation of the flow part of the elastomeric elements of selfacting valves on the characteristics of low-speed, long-stroke compressor stages] // Omskiy nauchnyy vestnik. Ser. Aviatsionnoraketnoye i energeticheskoye mashinostroyeniye. Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering. 2021. Vol. 5, no. 4. P. 33–38. DOI: 10.25206/2588-0373-2021-5-4-33-38. EDN: ZZBIUU. (In Russ.).Busarov I. S., Yusha V. L., Busarov S. S. [et al.]. Comparative evaluation of methods for calculating the dynamics of selfacting valves in reciprocating compressor units // Chemical and Petroleum Engineering. 2020. Vol. 56. P. 644–652. DOI: 10.1007/s10556-020-00824-6.Busarov I. S., Yusha V. L., Busarov S. S. [et al.]. Comparative evaluation of methods for calculating the dynamics of selfacting valves in reciprocating compressor units // Chemical and Petroleum Engineering. 2020. Vol. 56. P. 644–652. DOI: 10.1007/s10556-020-00824-6. (In Engl.).Пат. 2694104 Российская Федерация, МПК F 04 B 39/04, F 04 B 53/14. Поршневой компрессор / Юша В. Л., Бусаров С. С., Недовенчаный А. В. [и др.]. № 2018132179; заявл. 09. 07.2018.; опубл. 09.07.2019. Бюл. № 19. 9 с.Patent 2694104 Russian Federation, IPC F04B 39/04, F04B 53/14. Porshnevoy kompressor [Piston-type compressor] / Yusha V. L., Busarov S. S., Nedovenchanyy A. V. [et al.]. No. 2018132179. (In Russ.).Бусаров С. С., Бакулин К. А., Кобыльский Р. Э., Бусаров И. С. Перспективы создания современных поршневых компрессоров с повышенной производительностью // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2024. Т. 8, № 1. С. 25–31. DOI: 10.25206/2588-0373-2024-8-1-25-31. EDN: TGSMVH.Busarov S. S., Bakulin K. A., Kobylsky R. E. [et al.]. Perspektivy sozdaniya sovremennykh porshnevykh kompressorov s povyshennoy proizvoditel’nost’yu [Prospects for the creation of modern piston compressors with increased productivity] // Omskiy nauchnyy vestnik. Ser. Aviatsionno-raketnoye i energeticheskoye mashinostroyeniye. Omsk Scientific Bulletin. Series AviationRocket and Power Engineering. 2024. Vol. 1, no. 1. P. 33–38. DOI: 10.25206/2588-0373-2023-7-2-27-35. EDN: UIHTRP. (In Russ.).Юша В. Л., Громов А. Ю., Ушаков П. В. Анализ влияния температурных режимов поршневой длинноходовой компрессорной ступени на термодинамическую эффективность теплового насоса // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2023. Т. 7, № 1. С. 18–25. DOI: 10.25206/2588-0373-2023-7-1-18-25. EDN: MZEQTQ.Yusha V. L., Gromov A. Yu., Ushakov P. V. Analiz vliyaniya temperaturnykh rezhimov porshnevoy dlinnokhodovoy kompressornoy stupeni na termodinamicheskuyu effektivnost’ teplovogo nasosa [The analysis of influence of temperature conditions of piston long-stroke compressor stage on thermodynamic efficiency of a heat pump] // Omskiy nauchnyy vestnik. Ser. Aviatsionno-raketnoye i energeticheskoye mashinostroyeniye. Omsk Scientific Bulletin. Series AviationRocket and Power Engineering. 2023. Vol. 7, no. 1. P. 18–25. DOI: 10.25206/2588-0373-2023-7-1-18-25. EDN: MZEQTQ. (In Russ.).Юша В. Л., Громов А. Ю., Ушаков П. В. Регулирование температуры конденсации парокомпрессионного теплового насоса на базе поршневой длинноходовой компрессорной ступени при фиксированных температурах воспринимающего теплоносителя // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2023. Т. 7, № 2. С. 27–35. DOI: 10.25206/2588-0373-2023-7-2-27-35. EDN: UIHTRP.Yusha V. L., Gromov A. Yu., Ushakov P. V. Regulirovaniye temperatury kondensatsii parokompressionnogo teplovogo nasosa na baze porshnevoy dlinnokhodovoy kompressornoy stupeni pri fiksirovannykh temperaturakh vosprinimayushchego teplonositelya [Adjustment of condensing temperature of the vapor-compression heat pump based on a reciprocating longstroke compressor stage at fixed temperatures of receiving coolant] // Omskiy nauchnyy vestnik. Ser. Aviatsionno-raketnoye i energeticheskoye mashinostroyeniye. Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering. 2023. Vol. 7, no 2. P. 27–35. DOI: 10.25206/2588-0373-2023-7-2-27-35. EDN: UIHTRP. (In Russ.).Бусаров С. С. Повышение эффективности компрессорного оборудования дорожно-строительных машин: автореф. дис. … канд. техн. наук. Омск, 2008. 16 с.Busarov S. S. Povysheniye effektivnosti kompressornogo oborudovaniya dorozhno-stroitel’nykh mashin [Increasing the efficiency of compressor equipment for road construction machines]. Omsk, 2008. 16 p. (In Russ.).

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