avroenОмский научный вестник. Серия "Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение"Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering2588-03732587-764XОмский государственный технический университет10.25206/2588-0373-2023-7-1-9-17avroen-49Research ArticleЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕPOWER AND CHEMICAL ENGINEERINGОценка степени влияния фактора подвижности стенок щели при расчёте величины протечек в рабочей части спирального компрессора. Часть 1Assessment of the influence of gap wall mobility factor at calculation of leakage in working section of a scroll compressor. Part 1ПронинВ. А.ProninV. A.

Пронин Владимир Александрович - доктор технических наук, профессор (Россия), профессор образовательного центра «Энергоэффективные инженерные системы» Университета ИТМО, SPIN-код: 3737-3495. AuthorID (РИНЦ): 70616. AuthorID (SCOPUS): 57188556577. ResearcherID: F-4743-2019.

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

Pronin Vladimir Aleksandrovich - Doctor of Technical Sciences, Professor of Educational Centre «Energy Efficient Engineering Systems», ITMO University. SPIN-code: 3737-3495. AuthorID (RSCI): 706161. AuthorID (SCOPUS): 57188556577. ResearcherID: F-4743-2019.

St. 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» Университета ИТМО.

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

Kovanov Alexander Victorovich - Graduate Student of Educational Centre «Energy Efficient Engineering Systems», ITMO University.

St. Petersburg, Lomonosova str., 9, 191002

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

Цветков Вадим Александрович - аспирант, ассистент образовательного центра «Энергоэффективные инженерные системы» Университета ИТМО.

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

Tsvetkov Vadim Aleksandrovich - Graduate Student, Assistant of Educational Centre «Energy Efficient Engineering Systems», ITMO University.

St. Petersburg, Lomonosova str., 9, 191002

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

Михайлова Екатерина Николаевна - аспирант образовательного центра «Энергоэффективные инженерные системы» Университета ИТМО.

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

Mikhailova  Ekaterina     Nikolaevna - Graduate Student of Educational Centre «Energy Efficient Engineering Systems», ITMO University.

St. Petersburg, Lomonosova str., 9, 191002

mikhaylova_en@mail.ruКалашниковаЕ. А.KalashnikovaE. A.

Калашникова Елена Анатольевна, аспирант образовательного центра «Энергоэффективные инженерные системы» Университета ИТМО.

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

Kalashnikova Elena Anatolievna - Graduate Student of Educational Centre «Energy Efficient Engineering Systems», ITMO University.

St. Petersburg, Lomonosova str., 9, 191002

Университет ИТМОРоссияITMO UniversityRussian FederationУниверситет ИТМОРоссия20233003202371917Copyright © Пронин В.А., Кованов А.В., Цветков В.А., Михайлова Е.Н., Калашникова Е.А., 20232023Пронин В.А., Кованов А.В., Цветков В.А., Михайлова Е.Н., Калашникова Е.А.Pronin V.A., Kovanov A.V., Tsvetkov V.A., Mikhailova E.N., Kalashnikova E.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ariem.omgtu.ru/jour/article/view/49

Спиральный тип компрессора нашел широкое применение в сегменте средней производительности в области холодильной и климатической техники, включая тепловые насосы. Сегодня в этой области идет активный процесс перехода с гидрофторуглеродов на натуральные хладагенты с низким потенциалом глобального потепления. Все больше возрастает роль СО2, который отличается низкой критической точкой и, соответственно, высокими рабочими давлениями. Для работы на новых хладагентах спиральный компрессор должен быть адаптирован с учетом всех конструктивных особенностей, основной из которых являются зазоры в проточной части машины. Следует учитывать, что термодинамические свойства диоксида углерода, отличные от гидрофторуглеродов, оказывают существенное влияние на объемные и энергетические показатели компрессора. В данном случае актуальность заключается в повышении точности расчета потерь компрессора и прогноза характеристик холодильной машины. Так как основными объемными потерями в спиральном компрессоре являются протечки рабочего вещества в его рабочей части, а сам процесс течения среды нестационарный, то интерес вызывает их количественная составляющая. Целью настоящей работы является уточнение физических основ процесса протечек в радиальном зазоре и степени влияния на него различных факторов. Такой анализ дает дальнейшую возможность уточнения методики расчета протечек компримируемой среды с учетом фактора подвижности стенок щелей. Это повысит точность получаемых результатов, которые могут служить базой к прогнозу оптимальных характеристик компрессора за счет их аппроксимации и позволит оптимизировать проектирование холодильных машин при выбранных режимах работы.

The scroll type compressor is widely used in the medium capacity segment of refrigeration and air conditioning technology including heat pumps. Today there is an active process of changing from hydrofluorocarbons to natural refrigerants with low global warming potential. CO2, with its low critical point and correspondingly high operating pressures, is gaining in importance. For operation with new refrigerants, the scroll compressor has to be adapted to take account of all its design features, the most important of which are the clearances in the machine's flow area. It has to be considered that the thermodynamic properties of carbon dioxide, different from hydrofluorocarbons, have a significant influence on the volume and energy values of the compressor. In this case relevance consists in increase of accuracy of compressor losses calculation and prediction of refrigeration machine characteristics. As the basic volumetric losses in the scroll compressor are leakages of working substance in its working part, and the process of flow of medium is unsteady, their quantitative component causes interest. The purpose of this work is to clarify the physical basis of the leakage process in the radial clearance and the degree of influence of various factors on it. Such analysis gives further opportunity to refine the methodology of calculation of leakages of compressed medium, taking into account the mobility factor of gap walls. It will raise accuracy of the received results which can serve as a base to prognosis of optimum characteristics of the compressor, due to their approximation and will allow to optimize designing of refrigerating machines at the chosen modes of work.

спиральный компрессорпротечки рабочей средынестационарное течениерабочий зазорподвижность стенок щелидинамика протечекscroll compressorworking medium leakageunsteady flowworking gapgap wall mobilityleakage dynamicsReferencesПронин В. А., Кованов А. В., Калашникова Е. А., Цветков В. А. Перспектива использования озонобезопасных хладагентов с низким потенциалом глобального потепления в спиральных компрессорах. Часть 1 // Омский научный вестник. Сер. «Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение». 2021. Т. 5, № 4. C. 9–16. DOI: 10.25206/2588-0373-2021-5-4-9-16.Pronin V. A., Kovanov A. V., Kalashnikova E. A., Tsvetkov V. A. Perspektiva ispol’zovaniya ozonobezopasnykh khladagentov s nizkim potentsialom global’nogo potepleniya v spiral’nykh kompressorakh. Chast’ 1 [The prospect of using ozone-safe refrigerants with low global warming potential in scroll compressors. Part 1] // Omskiy Nauchnyy Vestnik. Ser. Aviatsionno-raketnoye i energeticheskoye mashinostroyeniye. Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering. 2021. Vol. 5, no 4. P. 9–16. DOI: 10.25206/2588-0373-2021-5-4-9-16. (In Russ.).Пронин В. А., Кованов А. В., Калашникова Е. А., Цветков В. А. Перспектива использования озонобезопасных хладагентов с низким потенциалом глобального потепления в спиральных компрессорах. Исследования и практика применения R744 и R290. Часть 2 // Омский научный вестник. Сер. «Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение». 2022. Т. 6, № 1. C. 14–21. DOI: 10.25206/2588-0373-2022-6-1-14-21.Pronin V. A., Kovanov A. V., Kalashnikova E. A., Tsvetkov V. A. Perspektiva ispol’zovaniya ozonobezopasnykh khladagentov s nizkim potentsialom global’nogo potepleniya v spiral’nykh kompressorakh. Issledovaniya i praktika primeneniya R744 i R290. Chast’ 2 [The prospect of using ozone-safe refrigerants with low global warming potential in scroll compressors. Research and practice of using R744 and R290. Part 2] // Omskiy Nauchnyy Vestnik. Ser. Aviatsionno-raketnoye i energeticheskoye mashinostroyeniye. Omsk Scientific Bulletin. Series AviationRocket and Power Engineering. 2022. Vol. 6, No 1. P. 14–21. DOI: 10.25206/2588-0373-2022-6-1-14-21. (In Russ.).Qi W., Guangpeng L. Research and Development of Carbon Dioxide Refrigeration Technology // E3S Web of Conferences. 2020. No. 213. 03031. DOI: 10.1051/e3sconf/202021303031.Qi W., Guangpeng L. Research and Development of Carbon Dioxide Refrigeration Technology // E3S Web of Conferences. 2020. No. 213. 03031. DOI: 10.1051/e3sconf/202021303031. (In Engl.).Guangpeng L., Qi W., Changbo S. Application and Exploration of Carbon Dioxide R744 as Refrigerant and Secondary Refrigerant in Refrigerating Unit of Commercial Super // E3S Web of Conferences. 2021. No. 267. 02008. DOI: 10.1051/e3sconf/202126702008.Guangpeng L., Qi W., Changbo S. Application and Exploration of Carbon Dioxide R744 as Refrigerant and Secondary Refrigerant in Refrigerating Unit of Commercial Super // E3S Web of Conferences. 2021. No. 267. 02008. DOI: 10.1051/e3sconf/202126702008. (In Engl.).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.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.).Ishii N., Yamamoto S., Sano K. [et al.]. Efficiency Simulations of A Compact CO2 Scroll Compressor And Its Comparison With Same Cooling Capacity R410A Scroll Compressor // International Compressor Engineering Conference. 2002. URL: https://docs.lib.purdue.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=2596&context=icec (дата обращения: 14.12.2022).Ishii N., Yamamoto S., Sano K. [et al.]. Efficiency Simulations of A Compact CO2 Scroll Compressor And Its Comparison With Same Cooling Capacity R410A Scroll Compressor // International Compressor Engineering Conference. 2002. URL: https://docs.lib.purdue.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=2596&context=icec (accessed: 14.12.2022). (In Engl.).Kenji Y., Hideto N., Mihoko S. Development of Large Capacity CO2 Scroll Compressor International Compressor Engineering Conference. 2008. 1836. URL: https://docs.lib. purdue.edu/icec/1836 (дата обращения: 14.12.2022).Kenji Y., Hideto N., Mihoko S. Development of Large Capacity CO2 Scroll Compressor International Compressor Engineering Conference. 2008. 1836. URL: https://docs.lib. purdue.edu/icec/1836 (accessed: 14.12.2022). (In Engl.).Minikaev A., Yerezhep D., Zhignovskaia D., Pronin V., Kovanov A. Power interactions of scroll compressor elements // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2020. No. 826. 012022. DOI: 10.1088/1757-899X/826/1/012022.Minikaev A., Yerezhep D., Zhignovskaia D., Pronin V., Kovanov A. Power interactions of scroll compressor elements // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2020. No. 826. 012022. DOI: 10.1088/1757-899X/826/1/012022. (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, no. 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. 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. 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, no. 4. P. 531–537. DOI: 10.1007/s12204-020-2163-6.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, no. 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.).Pronin V. A., Kuznetsov Y. L., Zhignovskaia D. V., Minikaev A. F., Yerezhep D. Improving methodology calculating the leakages compressible environment in the working part of a screw compressor // AIP Conference Proceedings.2019. Vol. 2141. 030010. DOI: 10.1063/1.5122060.Pronin V. A., Kuznetsov Y. L., Zhignovskaia D. V., Minikaev A. F., Yerezhep D. Improving methodology calculating the leakages compressible environment in the working part of a screw compressor // AIP Conference Proceedings.2019. Vol. 2141. 030010. DOI: 10.1063/1.5122060. (In Engl.).Хисамеев И. Г., Максимов В. А. Двухроторные винтовые и прямозубые компрессоры. Казань: ФЭН, 2000. 637 с.Khisameyev I. G., Maksimov V. A. Dvukhrotornyye vintovyye i pryamozubyye kompressory [Twin rotary screw compressors and spur compressors]. Kazan, 2000. 637 p. (In Russ.).Максимов В. А., Хадиев М. Б., Хисамеев И. Г., Галиев Р. М. Бесконтактные уплотнения роторов центробежных и винтовых компрессоров. Казань: ФЭН, 1998. 292 с.Maksimov V. A., Khadiyev M. B., Khisameyev I. G., Galiyev R. M. Beskontaktnyye uplotneniya rotorov tsentrobezhnykh i vintovykh kompressorov: uchebnoye posobiye [Non-contact rotor seals for centrifugal and screw compressors: tutorial]. Kazan, 1998. 292 p. (In Russ.).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.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. Bulletin of the International Academy of Refrigeration. 2012. Vol. 42, no. 1. P. 31–33. (In Russ.).Kovanov A. V., Zhignovskaia D. V., Pronin V. A., Tsvetkov V. A. The aperture’s classification of working organs of scroll compressor, the estimation of their influence on supply coefficient // AIP Conference Proceedings. 2021. Vol. 2412. 030046. DOI: 10.1063/5.0075151.Kovanov A. V., Zhignovskaia D. V., Pronin V. A., Tsvetkov V. A. The aperture’s classification of working organs of scroll compressor, the estimation of their influence on supply coefficient // AIP Conference Proceedings. 2021. Vol. 2412. 030046. DOI: 10.1063/5.0075151. (In Engl.).Косачевский В. А. Разработка метода расчета и анализ рабочего процесса спиральных компрессоров: дис. канд. техн. наук. Санкт-Петербург, 1998. 188 с.Kosachevskij V. A. Razrabotka metoda rascheta i analiz rabochego processa spiral'nyh kompressorov [Development of a calculation method and analysis of the working process of scroll compressors]. St. Petersburg, 1998. 188 p. (In Russ.).

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