avroenОмский научный вестник. Серия "Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение"Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering2588-03732587-764XОмский государственный технический университет10.25206/2588-0373-2023-7-1-40-46avroen-56Research ArticleЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕPOWER AND CHEMICAL ENGINEERINGАнализ методов расчета уплотнений гибридных энергетических машинThe analysis of methods for calculating seals of hybrid power machinesПавлюченкоЕ. А.PavlyuchenkoE. A.

Павлюченко Евгений Александрович - кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Гидромеханика и транспортные машины» Омского государственного технического университета (ОмГТУ), SPIN-код: 6223-7909. AuthorID (РИНЦ): 644122. AuthorID (SCOPUS): 55956907000. ResearcherID: N-4395-2013.

644050, Омск, пр. Мира, 11

Pavlyuchenko       Evgeniy       Aleksandrovich - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Hydromechanics and Transport Machines Department, SPIN-code: 6223-7909. AuthorID (RSCI): 644122. AuthorID (SCOPUS): 55956907000. ResearcherID: N-4395-2013.

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

hystonru@mail.ruТегжановА. С.TegzhanovA. S.

Тегжанов Аблай Хан Савитович - кандидат технических наук, доцент кафедры «Гидромеханика и транспортные машины» ОмГТУ.

644050, Омск, пр. Мира, 11

Tegzhanov Ablaj Han Savitovich - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Hydromechanics and Transport Machines Department, OmSTU.

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

ЩербаВ. Е.ShcherbaV. E.

Щерба Виктор Евгеньевич - доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой «Гидромеханика и транспортные машины» ОмГТУ, SPIN-код: 6637-4059. AuthorID (РИНЦ): 518325. AuthorID (SCOPUS): 57191240901. ResearcherID: D-5093-2014.

644050, Омск, пр. Мира, 11

Shcherba Viktor Evgenyevich - Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of Hydromechanics and Transport Machines Department, OmSTU, SPIN-code: 6637-4059. AuthorID (RSCI): 518325. AuthorID (SCOPUS): 57191240901. ResearcherID: D-5093-2014.

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

ЛысенкоЕ. А.LysenkoE. A.

Лысенко Евгений Алексеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Гидромеханика и транспортные машины» ОмГТУ, SPIN-код: 4506-1197. AuthorID (РИНЦ): 686387.

644050, Омск, пр. Мира, 11

Lysenko Evgeniy Alekseyevich - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Hydromechanics and Transport Machines Department, OmSTU, SPIN-code: 4506-1197.  AuthorID (RSCI): 686387.

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

КужбановА. К.KuzhbanovA. K.

Кужбанов Акан Каербаевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Гидромеханика и транспортные машины» ОмГТУ, SPIN-код: 5843-8008. AuthorID (РИНЦ): 667735.

644050, Омск, пр. Мира, 11

Kuzhbanov Akan Kaerbaevich - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Hydromechanics and Transport Machines Department, OmSTU, SPIN-code: 5843-8008. AuthorID (RSCI): 667735.

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

Омский государственный технический университетРоссияOmsk State Technical UniversityRussian Federation202330032023714046Copyright © Павлюченко Е.А., Тегжанов А.С., Щерба В.Е., Лысенко Е.А., Кужбанов А.К., 20232023Павлюченко Е.А., Тегжанов А.С., Щерба В.Е., Лысенко Е.А., Кужбанов А.К.Pavlyuchenko E.A., Tegzhanov A.S., Shcherba V.E., Lysenko E.A., Kuzhbanov A.K.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/56

В статье рассмотрены основные методы расчета уплотнений гибридных энергетических машин. Проведен анализ работ по конструкциям гибридных энергетических машин. Рассмотрены основные виды поршневых уплотнений насосов, компрессоров и гибридных энергетических машин с акцентированием внимания на основные преимущества и недостатки каждого вида уплотнения, а также даны рекомендации по выбору уплотнений для гибридных энергетических машин. На основе анализа работ по исследованиям поршневых уплотнений рассмотрены основные методы расчета уплотнений гибридных энергетических машин и определен наиболее подходящий.

The article discusses the main methods for calculating seals of hybrid power machines. The analysis of works on the designs of hybrid power machines is carried out. The main types of piston seals of pumps, compressors and hybrid power machines are considered, with an emphasis on the main advantages and disadvantages of each type of seal, as well as recommendations on the choice of seals for hybrid power machines. Based on the analysis of the work on the research of piston seals, the main methods for calculating the seals of hybrid power machines are considered and the most suitable one is determined.

уплотнениягибридные машиныэнергетические машиныступенчатые уплотнениящелевые уплотненияуплотнение в виде гидродиодаsealshybrid machinespower machinesstep sealsslot sealsseal in the form of a hydrodiodeИсследование выполнено за счет гранта МК4256.2022.4The study is supported by grant MK-4256.2022.4ReferencesMousavi S., Kara S., Kornfeld B. Energy Efficiency of Compressed Air Systems // Procedia CIRP. 2014. Vol. 15. P. 313–318. DOI: 0.1016/j.procir.2014.06.026.Mousavi S., Kara S., Kornfeld B. Energy Efficiency of Compressed Air Systems // Procedia CIRP. 2014. Vol. 15. P. 313–318. DOI: 0.1016/j.procir.2014.06.026. (In Engl.).Patil V. C., Acharya P., Ro P. I. Experimental investigation of heat transfer in liquid piston compressor // Applied Thermal Engineering. 2019. Vol. 146. P. 169–179. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2018.09.121.Patil V. C., Acharya P., Ro P. I. Experimental investigation of heat transfer in liquid piston compressor // Applied Thermal Engineering. 2019. Vol. 146. P. 169–179. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2018.09.121. (In Engl.).Shcherba V. E., Pavlyuchenko E. А., Nosov E. Yu., Bulgakova I. Yu. Approximation of the compression process to isothermal in a reciprocating compressor with a liquid piston // Applied Thermal Engineering. 2022. Vol. 207. 118151. Р. 1–12. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2022.118151.Shcherba V. E., Pavlyuchenko E. А., Nosov E. Yu., Bulgakova I. Yu. Approximation of the compression process to isothermal in a reciprocating compressor with a liquid piston // Applied Thermal Engineering. 2022. Vol. 207. 118151. Р. 1–12. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2022.118151. (In Engl.).Mousavi S., Kara S., Kornfeld B. Energy efficiency of compressed air systems // Procedia CIRP. 2014. Vol. 15 (4). P. 313–318. DOI: 10.1016/j.procir.2014.06.026.Mousavi S., Kara S., Kornfeld B. Energy efficiency of compressed air systems // Procedia CIRP. 2014. Vol. 15 (4). P. 313–318. DOI: 10.1016/j.procir.2014.06.026. (In Engl.).Щерба В. Е. Рабочие процессы компрессоров объемного действия. Москва: Наука, 2008. 319 с.Shcherba V. E. Rabochiye protsessy kompressorov ob"yemnogo deystviya [Working processes of volumetric compressors]. Moscow, 2008. 319 p. (In Russ.).Щерба В. Е., Болштянский А. П., Кайгородов С. Ю., Кузеева Д. А. Анализ основных преимуществ объединения компрессоров и насосов объемного действия в единый агрегат // Вестник машиностроения. 2015. № 12. С. 15–19.Scherba V. E., Bolshtyanskiy A. P., Kaygorodov S. Yu., Kuzeyeva D. A. Analiz osnovnykh preimushchestv ob”yedineniya kompressorov i nasosov ob”yemnogo deystviya v edinyy agregat [Analysis of advantages of integration of displacement compressors and pumps into single unit] // Vestnik mashinostroyeniya. Vestnik Mashinostroyeniya. 2015. No. 12. P. 15–19. (In Russ).Щерба В. Е., Болштянский А. П., Шалай В. В., Ходорева А. В. Насос-компрессоры. Рабочие процессы и основы проектирования. Москва: Машиностроение, 2013. 388 с.Shcherba V. E., Bolshtyansky A. P., Shalay V. V., Khodoreva A. V. Nasos-kompressory. Rabochiye protsessy i osnovy proyektirovaniya [Pump-compressors. Workflows and design basics]. Moscow, 2013. 388 p. ISBN 978-5-94275-670-3. (In Russ.).Щерба В. Е., Носов Е. Ю., Тегжанов А. С., Парамонов А. М., Блинов В. Н., Суриков В. И. Экспериментальное исследование бескрейцкопфной поршневой гибридной энергетической машины объемного действия с интенсивным охлаждением компримируемого газа // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2019. № 10. C. 78–85. DOI: 10.18698/0536-1044-2019-10-78-85.Shcherba V. E., Nosov E. Yu., Tegzhanov A. S., Paramonov A. M., Blinov V. N., Surikov V. I. Eksperimental’noye issledovaniye beskreytskopfnoy porshnevoy gibridnoy energeticheskoy mashiny ob”yemnogo deystviya s intensivnym okhlazhdeniyem komprimiruyemogo gaza [An experimental study of a crossheadless piston hybrid power positive displacement machine with intensive cooling of the compressed gas] // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Mashinostroyeniye. BMSTU Journal of Mechanical Engineering. 2019. No. 10. P. 78–85. DOI: 10.18698/0536-1044-2019-10-78-85. (In Russ.).Щерба В. Е., Шалай В. В., Труханова Д. А., Носов Е. Ю., Павлюченко Е. А. Разработка и экспериментальное исследование поршневой гибридной энергетической машины с газовым объемом на всасывании // Вестник машиностроения. 2019. № 4. С. 18–22.Shcherba V. E., Shalay V. V., Trukhanova D. A., Nosov E. Yu., Pavlyuchenko E. A. Razrabotka i eksperimental’noye issledovaniye porshnevoy gibridnoy energeticheskoy mashiny s gazovym ob”yemom na vsasyvanii [Development and experimental study of a piston hybrid energy machine with gas intake volume] // Vestnik mashinostroyeniya. Vestnik Mashinostroyeniya. 2019. No. 4. P. 18–22. (In Russ.).Щерба В. Е., Тегжанов А. С., Носов Е. Ю., Парамонов А. М., Блинов В. Н., Храпский С. Ф. Сравнительный анализ массогабаритных показателей бескрейцкопфной и крейцкопфной поршневых энергетических машин объемного действия // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2019. № 9. С. 88–95. DOI: 10.18698/0536-1044-2019-9-88-95.Shcherba V. E., Tegzhanov A. S., Nosov E. Yu., Paramonov A. M., Blinov V. N., Khrapskiy S. F. Sravnitel’nyy analiz massogabaritnykh pokazateley beskreytskopfnoy i kreytskopfnoy porshnevykh energeticheskikh mashin ob”yemnogo deystviya [Comparative analysis of mass-dimensional a comparative analysis of mass-dimensional indicators of crossheadless and crosshead piston hybrid energy positive displacement machines] // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Mashinostroyeniye. BMSTU Journal of Mechanical Engineering. 2019. No. 9. P. 88–95. DOI: 10.18698/0536-1044-2019-9-88-95. (In Russ.).Щерба В. Е., Болштянский А. П., Рыбак А. Т., Носов Е. Ю., Тегжанов А. С. Конструктивные компоновки гибридных машин объемного действия // Омский научный вестник. 2018. № 1 (157). С. 10–18. DOI: 10.25206/1813-8225-2018-157-10-18.Scherba V. E., Bolshtyansky A. P., Rybak A. T. Nosov E. Yu. Tegzhanov A. S. Konstruktivnyye komponovki gibridnykh mashin ob"yemnogo deystviya [Constructive schemes of hybrid machines of volumetric action] // Omskiy nauchnyy vestnik. Omsk Scientific Bulletin. 2018. No. 1 (157). P. 10–18. DOI: 10.25206/1813-8225-2018-157-10-18. (In Russ.).Shcherba V. E., Tegzhanov A.-Kh.S. Mathematical model of working processes of a positive displacement piston hybrid power machine with a gas cap and two suction valves // Chemical and Petroleum Engineering. 2022. Vol. 58, no. 5-6. Р. 388–397. DOI: 10.1007/s10556-022-01104-1.Shcherba V. E., Tegzhanov A.-Kh.S. Mathematical model of working processes of a positive displacement piston hybrid power machine with a gas cap and two suction valves // Chemical and Petroleum Engineering. 2022. Vol. 58, no. 5-6. Р. 388–397. DOI: 10.1007/s10556-022-01104-1. (In Engl.)Кондаков Л. А., Голубев А. И., Овандер В. Б. [и др.]. Уплотнения и уплотнительная техника: cправ. // под ред. Кондакова Л. А., Голубева А. И. Москва: Машиностроение, 1986. 464 с.Kondakov L. A., Golubev A. I., Ovander V. B. [et al.]. Uplotneniya i uplotnitel’naya tekhnika: cprav. [Seals and sealing technology: Handbook] // ed. by Kondakova L. A., Golubeva A. I. Moscow, 1986. 464 p. (In Russ.).Орлов Ю. М. Объемные гидравлические машины. Конструкция, проектирование, расчет. Москва: Машиностроение, 2006. 222 с.Orlov Yu. M. Ob”yemnyye gidravlicheskiye mashiny. Konstruktsiya, proyektirovaniye, raschet [Volumetric hydraulic machines. Construction, design, calculation]. Moscow, 2006. 222 p. (In Russ.).Болштянский А. П., Щерба В. Е., Лысенко Е. А., Ивахненко Т. А. Поршневые компрессоры с бесконтактным уплотнением. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010. 416 с.Bolshtyanskiy A. P., Shcherba V. E., Lysenko E. A., Ivakhnenko T. A. Porshnevyye kompressory s beskontaktnym uplotneniyem [Piston compressors with non-contact seal]. Omsk, 2010. 416 p. (In Russ.).Бусаров С. С., Бусаров И. С., Титов Д. С. Экспериментальное определение условных зазоров цилиндропоршневых уплотнений компрессорных агрегатов // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2019. Т. 3, № 1. С. 50–56. DOI: 10.25206/2588-0373-2019-3-1-50-56.Busarov S. S., Busarov I. S., Titov D. S. Eksperimental’noye opredeleniye uslovnykh zazorov tsilindroporshnevykh uplotneniy kompressornykh agregatov [Experimental determination of conditional clearances for cylinder piston seals of compressor units] // Omskiy nauchnyy vestnik. Ser. Aviatsionno-raketnoye i energeticheskoye mashinostroyeniye. Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering. 2019. Vol. 3, no. 1. P. 50–56. DOI: 10.25206/2588-0373-2019-3-1-50-56. (In Russ.).Захаренко В. П. Основы теории уплотнений и создание поршневых компрессоров без смазки: дис. … д-ра техн. наук. Санкт-Петербург, 2001. 159 с.Zakharenko V. P. Osnovy teorii uplotneniy i sozdaniye porshnevykh kompressorov bez smazki [Basic sealing theory and the development of non-lubricated piston compressors]. St. Petersburg, 2001. 159 p. (In Russ.).Кондюрин А. Ю., Щерба В. Е., Лысенко Е. А., Нестеренко И. С., Зимницкий А. Н. К вопросу о получении профиля щелевого уплотнения для поршневой гибридной энергетической машины объемного действия // Омский научный вестник. 2016. № 2 (146). С. 36–39.Kondyurin A. Yu., Shcherba V. E., Lysenko E. A., Nesterenko I. S., Zimnitskiy A. N. K voprosu o poluchenii profilya shchelevogo uplotneniya dlya porshnevoy gibridnoy energeticheskoy mashiny ob”yemnogo deystviya [To the question making profile of gap seal for piston hybrid energy machine of volumetric action] // Omskiy nauchnyy vestnik. Omsk Scientific Bulletin. 2016. No. 2 (146). P. 36–39. (In Russ.).Титов Д. С., Бусаров С. С., Аистов И. П., Вансович К. А. Анализ эффективности применения поршневых уплотнений в тихоходных насосных агрегатах на основе анализа деформированного состояния цилиндрической части камеры сжатия // Омский научный вестник. Сер. Авиационноракетное и энергетическое машиностроение. 2020. Т. 4, № 2. P. 64–71. DOI: 10.25206/2588-0373-2020-4-2-64-71.Titov D. S., Busarov S. S., Aistov I. P., Vansovich K. A. Analiz effektivnosti primeneniya porshnevykh uplotneniy v tikhokhodnykh nasosnykh agregatakh na osnove analiza deformirovannogo sostoyaniya tsilindricheskoy chasti kamery szhatiya [Analysis of piston seals efficiency in silent pump units using analysis of deformed state of compression chamber cylindrical part] // Omskiy nauchnyy vestnik. Ser. Aviatsionnoraketnoye i energeticheskoye mashinostroyeniye. Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering. 2020. Vol. 4, no. 2. P. 64–71. DOI: 10.25206/2588-0373-2020-4-2-64-71. (In Russ.).Кондюрин А. Ю., Шалай В. В., Щерба В. Е., Лысенко Е. А., Нестеренко Г. А., Суриков В. И. Результаты экспериментальных исследований щелевого уплотнения выполненного в виде гидроида для поршневой гибридной энергетической машины объемного действия // Техника и технология нефтехимического и нефтегазового производства: материалы 6-й Междунар. науч.-техн. конф., 25–30 апр. 2016 г. Омск, 2016. С. 72–73.Kondyurin A. Yu., Shalay V. V., Shcherba V. E., Lysenko E. A., Nesterenko G. A., Surikov V. I. Rezul’taty eksperimental’nykh issledovaniy shchelevogo uplotneniya vypolnennogo v vide gidroida dlya porshnevoy gibridnoy energeticheskoy mashiny ob”yemnogo deystviya [Experimental results of a hydrostatic slotted seal for a reciprocating hybrid displacement power machine] // Tekhnika i tekhnologiya neftekhimicheskogo i neftegazovogo proizvodstva. Petrochemical and Oil and Gas Engineering and Technology. Omsk, 2016. P. 72–73. (In Russ.).Пластинин П. И. Поршневые компрессоры В 2 т. Т. 1. Теория и расчет. 3-е изд. Москва: КолосС, 2006. 456 с. ISBN 5-9532-0428-0.Plastinin P. I. Porshnevyye kompressory. V 2 t. T. 1. Teoriya i raschеt [Piston compressors. In 2 vol. Vol. 1. Theory and calculation]. 3rd ed., Moscow, 2006. 456 p. ISBN 5-9532-04280.2000. (In Russ.).Xin D., Feng J., Ding L. [et al.]. Experimental investigation of pressure distribution between the piston rings and its formation in reciprocating compressors // ARCHIVE Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part C. Journal of Mechanical Engineering Science. 2012. Vol. 226 (11). P. 2701–2712. DOI: 10.1177/0954406212438151.Xin D., Feng J., Ding L. [et al.]. Experimental investigation of pressure distribution between the piston rings and its formation in reciprocating compressors // ARCHIVE Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part C. Journal of Mechanical Engineering Science. 2012. Vol. 226 (11). P. 2701–2712. DOI: 10.1177/0954406212438151. (In Engl.).Yu W., Dianbo X., Jianmei F. [et al.]. Research on sealing performance and self-acting valve reliability in highpressure oil-free hydrogen compressors for hydrogen refueling stations // International Journal of Hydrogen Energy. 2010. Vol. 35 (15). P. 8063–8070. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2010.01.089.Yu W., Dianbo X., Jianmei F. [et al.]. Research on sealing performance and self-acting valve reliability in highpressure oil-free hydrogen compressors for hydrogen refueling stations // International Journal of Hydrogen Energy. 2010. Vol. 35 (15). P. 8063–8070. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2010.01.089. (In Engl.).Oliva A., Held S. Numerical multiphase simulation and validation of the flow in the piston ring pack of an internal combustion engine // Tribology International. 2016. Vol. 101. P. 98–109. DOI: 10.1016/j.triboint.2016.04.003.Oliva A., Held S. Numerical multiphase simulation and validation of the flow in the piston ring pack of an internal combustion engine // Tribology International. 2016. Vol. 101. P. 98–109. DOI: 10.1016/j.triboint.2016.04.003. (In Engl.).Wolff A. Simulation based study of the system pistoneringecylinder of a marine two-stroke engine // Tribology Transactions. 2014. Vol. 57 (4). P. 653–667. DOI: 10.1080/10402004.2014.895886.Wolff A. Simulation Based Study of the System Piston–Ring–Cylinder of a Marine Two-Stroke Engine // Tribology Transactions. 2014. Vol. 57 (4). P. 653–667. DOI: 10.1080/10402004.2014.895886. (In Engl.).Xiaohan J., Qingqing Z., Jianmei F. [et al.]. Numerical simulation and experimental study on temperature distribution of self-lubricating packing rings in reciprocating compressors // Mathematical Problems in Engineering. 2016. Vol. 2016 (14). DOI: 10.1155/2016/4029806.Xiaohan J., Qingqing Z., Jianmei F. [et al.]. Numerical simulation and experimental study on temperature distribution of self-lubricating packing rings in reciprocating compressors // Mathematical Problems in Engineering. 2016. Vol. 2016 (14). DOI: 10.1155/2016/4029806. (In Engl.).Yang B., Bradshaw C. R., Groll E. A. Modeling of a semihermetic CO2 reciprocating compressor including lubrication submodels for piston rings and bearings // International Journal of Refrigeration. 2013. Vol. 36 (7). P. 1925–1937. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2012.10.017.Yang B., Bradshaw C. R., Groll E. A. Modeling of a semihermetic CO2 reciprocating compressor including lubrication submodels for piston rings and bearings // International Journal of Refrigeration. 2013. Vol. 36 (7). P. 1925–1937. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2012.10.017. (In Engl.).Shcherba V. Е., Shalai V. V., Pustovoy N. V., Pavlyuchenko E. А., Gribanov S. V., Dorofeev E. А. Calculation of the Incompressible Viscous Fluid Flow in Piston Seals of Piston Hybrid Power Machines // Machines. 2020. Vol. 8 (2). 21. P. 1–28. DOI: 10.3390/machines8020021.Shcherba V. Е., Shalai V. V., Pustovoy N. V., Pavlyuchenko E. А., Gribanov S. V., Dorofeev E. А. Calculation of the Incompressible Viscous Fluid Flow in Piston Seals of Piston Hybrid Power Machines // Machines. 2020. Vol. 8 (2). 21. P. 1–28. DOI: 10.3390/machines8020021. (In Engl.).

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