avroenОмский научный вестник. Серия "Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение"Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering2588-03732587-764XОмский государственный технический университет10.25206/2588-0373-2025-9-2-25-32AORTTXavroen-91Research ArticleЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕPOWER AND CHEMICAL ENGINEERINGЭкспериментальное исследование особенностей рабочих процессов тихоходных интенсивно охлаждаемых длинноходовых поршневых компрессорных ступенейExperimental study of the features of the working processes of low-speed intensively cooled long-stroke piston compressor stagesБусаровС. С.BusarovS. S.

Бусаров Сергей Сергеевич - кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Холодильная и компрессорная техника и технология» ОмГТУ.

644050, Омск, пр. Мира, 11

AuthorID (РИНЦ) 610336

AuthorID (SCOPUS) 51560987400

Sergey S. Busarov - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the Refrigeration and Compressor Equipment and Technology Department, Omsk State Technical University (OmSTU).

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

AuthorID (RSCI) 610336

AuthorID (SCOPUS) 51560987400

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

Недовенчаный Алексей Васильевич - кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры «Холодильная и компрессорная техника и технология» ОмГТУ.

644050, Омск, пр. Мира, 11

AuthorID (РИНЦ) 762474

AuthorID (SCOPUS) 57191035621

Aleksey V. Nedovenchany - Candidate of Technical Sciences, Senior Lecturer of the Refrigeration and Compressor Equipment and Technology Department, OmSTU.

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

AuthorID (RSCI) 762474

AuthorID (SCOPUS) 57191035621

lonewolf_rus88@mail.ruКобыльскийР. Э.KobylskiyR. E.

Кобыльский Роман Эдуардович - ассистент кафедры «Холодильная и компрессорная техника и технология» ОмГТУ.

644050, Омск, пр. Мира, 11

AuthorID (РИНЦ) 3985-1096

AuthorID (SCOPUS) 57220077521

Roman E. Kobylskiy - Assistant of the Refrigeration and Compressor Equipment and Technology Department, OmSTU.

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

AuthorID (RSCI) 3985-1096

AuthorID (SCOPUS) 57220077521

БусаровИ. С.BusarovI. S.

Бусаров Игорь Сергеевич - кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры «Холодильная и компрессорная техника и технология» ОмГТУ.

644050, Омск, пр. Мира, 11

AuthorID (SCOPUS) 57191038188

Igor S. Busarov - Candidate of Technical Sciences, Senior Lecturer of the Refrigeration and Compressor Equipment and Technology Department, OmSTU.

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

AuthorID (SCOPUS) 57191038188

habr86@mail.ruОмский государственный технический университетРоссияOmsk State Technical UniversityRussian Federation202530062025922532Copyright © Бусаров С.С., Недовенчаный А.В., Кобыльский Р.Э., Бусаров И.С., 20252025Бусаров С.С., Недовенчаный А.В., Кобыльский Р.Э., Бусаров И.С.Busarov S.S., Nedovenchany A.V., Kobylskiy R.E., Busarov I.S.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ariem.omgtu.ru/jour/article/view/91

Рассмотрены уникальные элементы рабочих процессов тихоходного поршневого компрессора, не свойственные для быстроходных поршневых машин. Экспериментально доказано, что при режимах работы с повышенной температурой газа на входе в тихоходный компрессор (выше температуры охлаждающей среды) в процессе всасывания наблюдается заметное снижение температуры газа. Первую часть цикла в ступени газ охлаждается, и начало процесса сжатия будет происходить с более низкой температуры, чем температура газа в стандартной точке всасывания. Кроме того, экспериментально подтверждено предположение, что при работе тихоходного компрессора на хладагентах возможны режимы работы в области влажного пара, при которых наблюдается конденсация рабочего тела в конце процесса сжатия. Указанные режимы работы могут быть использованы в компактных холодильных машинах малой производительности с уменьшением массогабаритных параметров конденсаторного блока.

Выполненные исследования показали необходимость проведения верификации методики расчета рассматриваемых типов поршневых компрессоров и доработки последних с учетом особенностей протекания рабочих процессов тихоходных поршневых машин.

Unique elements of the working processes of a low-speed piston compressor, not typical for high-speed piston machines, are considered. It has been experimentally proven that under operating modes with an elevated gas temperature at the inlet of a low-speed compressor (above the temperature of the cooling medium), a noticeable decrease in the gas temperature is observed during the suction process. That is, the first part of the cycle in the stage, the gas is cooled, and the beginning of the compression process will occur at a lower temperature than the gas temperature at the standard suction point. In addition, the assumption that when a low-speed compressor operates on refrigerants, operating modes in the wet steam region are possible, in which condensation of the working fluid is observed at the end of the compression process, has been experimentally confirmed. Such operating modes can be used in compact low-capacity refrigeration machines with a decrease in the weight and size parameters of the condenser unit.

The conducted studies have shown the need to verify the calculation methodology for the types of piston compressors considered in the article and to refine the latter taking into account the features of the working processes of low-speed piston machines.

длинноходовая поршневая компрессорная ступеньрабочие процессыэкспериментальные исследованияповышенная температура на всасыванииконденсация рабочего телаиндикаторные диаграммынеопределенностьlong-stroke piston compressor stageworking processesexperimental studiesincreased suction temperaturecondensation of the working fluidindicator diagramsuncertaintyИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-29-20010.The study was carried out at the expense of the grant of the Russian Science Foundation No. 24-29-20010.ReferencesПрилуцкий И. К., Наумчик И. В. Помощник М. В. [и др.]. Прогноз текущих и интегральных параметров ступени компрессора с линейным приводом при переменном ходе поршня и постоянной теоретической производительности // Компрессорная техника и пневматика. 2023. № 3. С. 6–12. EDN: BLKPZQ.Prilutsky I. K., Naumchik I. V., Pomoshchnik M. V. [et al.]. Prognoz tekushchikh i integral’nykh parametrov stupeni kompressora s lineynym privodom pri peremennom khode porshnya i postoyannoy teoreticheskoy proizvoditel’nosti [Forecast of current and integral parameters of a compressor stage with a linear drive with a variable piston stroke and constant theoretical performance]. Kompressornaya tekhnika i pnevmatika. Compressors & Pneumatics. 2023. No. 3. P. 6–12. EDN: BLKPZQ. (In Russ.).Прилуцкий И. К., Молодова Ю. И., Галяев П. О. [и др.]. Особенности процессов теплообмена в ступенях малорасходных машин объёмного действия с различными механизмами движения // Вестник Международной академии холода. 2017. № 4. С. 30–40. DOI: 10.21047/1606-4313-2017-16-4-30-40.Prilutsky I. K., Molodova Yu. I., Galyaev P. O. [et al.]. Osobennosti protsessov teploobmena v stupenyakh maloraskhodnykh mashin ob”yemnogo deystviya s razlichnymi mekhanizmami dvizheniya [Peculiarities of heat exchange processes in the stages of small-scale machines of volume action with different mechanisms of movement]. Vestnik Mezhdunarodnoi Akademii Kholoda. 2017. No. 4. P. 30–40. DOI: 10.21047/16064313-2017-16-4-30-40. EDN: YOOIAP. (In Russ.).Садвакасов Д. Х., Чернов Г. И., Евдокимов В. С., Райковский Н. А. Анализ влияния скорости поршня на работу холодильного компрессора, работающего в области влажного пара // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2022. Т. 6, № 4. С. 26–31. DOI: 10.25206/2588-0373-2022-6-4-26-31. EDN: MDPDPP.Sadvakasov D. Kh., Chernov G. I., Evdokimov V. S., Raikovsky N. A. Analiz vliyaniya skorosti porshnya na rabotu kholodil’nogo kompressora, rabotayushchego v oblasti vlazhnogo para [The analysis of the effect of piston speed on the operation of a refrigeration compressor operating in the area of wet steam]. Omskiy nauchnyy vestnik. Ser. Aviatsionno-raketnoye I energeticheskoye mashinostroyeniye. Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering. 2022. Vol. 6, no. 4. P. 26–31. DOI: 10.25206/2588-0373-2022-6-4-26-31. EDN: MDPDPP. (In Russ.).Садвакасов Д. Х., Райковский Н. А., Чернов Г. И., Евдокимов В. С. Разработка упрощенной математической модели рабочих процессов тихоходного поршневого компрессора в области влажного пара для холодильных установок // Вестник Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана. Серия Машиностроение. 2024. № 3 (150). С. 118–135. EDN: ALNETV.Sadvakasov D. Kh., Raykovskiy N. A., Chernov G. I., Evdokimov V. S. Razrabotka uproshchennoy matematicheskoy modeli rabochikh protsessov tikhokhodnogo porshnevogo kompressora v oblasti vlazhnogo para dlya kholodil’nykh ustanovok [Development of the working process simplified mathematical model of the wet steam low-speed piston compressor for the refrigeration units]. Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta im. N. E. Baumana. Seriya Mashinostroyeniye. Herald of the Bauman Moscow State Technical University. Series Mechanical Engineering. 2024. No. 3 (150). P. 118–135. EDN: ALNETV. (In Russ.).Бусаров С. С. Создание и совершенствование бессмазочных поршневых компрессоров среднего и высокого давления на базе малорасходных тихоходных длинноходовых ступеней: дис. … д-ра техн. наук. Омск, 2023. 325 с. URL: https://rusneb.ru/catalog/000199_000009_012860386/ (дата обращения: 15.02.2025).Busarov S. S. Sozdaniye i sovershenstvovaniye bessmazochnykh porshnevykh kompressorov srednego i vysokogo davleniya na baze maloraskhodnykh tikhokhodnykh dlinnokhodovykh stupeney [Creation and improvement of grease-free reciprocating compressors of medium and high pressure on the basis of lowspeed long-stroke stages]. Omsk, 2023. 325 p. URL: https://rusneb.ru/catalog/000199_000009_012860386/ (accessed: 15.02.2025). (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 highpressuresbased on unified low-speed long-stroke stages]. Nauchno-tekhnicheskiye vedomosti SPbPU. Estestvennyye i inzhenernyye nauki. St. Petersburg Polytechnic University Journal of Engineering Science and Technology. Vol. 24, no. 4. P. 80–89. DOI: 10.18721/JEST.24408. EDN: YRNOVN. (In Russ.).Юша В. Л., Бусаров С. С. Теоретический анализ температурных режимов длинноходовой тихоходной поршневой компрессорной ступени при интенсивном внешнем охлаждении цилиндра и повышенной температуре газа в стандартной точке всасывания // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2025. № 4. C. 76–90. EDN: VCHJVU.Yusha V. L., Busarov S. S. Teoreticheskiy analiz temperaturnykh rezhimov dlinnokhodovoy tikhokhodnoy porshnevoy kompressornoy stupeni pri intensivnom vneshnem okhlazhdenii tsilindra i povyshennoy temperature gaza v standartnoy tochke vsasyvaniya [Theoretical analysis of the temperature conditions for a long-stroke low-speed piston compressor stage under the intensive external cylinder cooling and increased gas temperature at the standard suction point]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Mashinostroyeniye. BMSTU Journal of Mechanical Engineering. 2025. No. 4. P. 76–90. EDN: VCHJVU. (In Russ.).Юша В. Л., Бусаров С. С. Особенности рабочих режимов дожимных поршневых компрессоров на базе тихоходной длинноходовой компрессорной ступени в составе мобильных компрессорных станций // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2025. Т. 9, № 1. С. 29–38. DOI: 10.25206/2588-0373-2025-9-1-29-38. EDN: XKTMJH.Yusha V. L., Busarov S. S. Osobennosti rabochikh rezhimov dozhimnykh porshnevykh kompressorov na baze tikhokhodnoy dlinnokhodovoy kompressornoy stupeni v sostave mobil’nykh kompressornykh stantsiy [Peculiarities of operating modes of booster piston compressors based on a low-speed long-stroke compressor stage in mobile compressor stations]. Omskiy nauchnyy vestnik. Ser. Aviatsionno-raketnoye i energeticheskoye mashinostroyeniye. Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering. 2025. Vol. 9, no. 1. P. 29–38. DOI: 10.25206/2588-0373-2025-9-1-29-38. EDN: XKTMJH. (In Russ.).Юша В. Л., Бусаров С. С., Сухов Е. В. Оценка эффективности парокомпрессионных холодильных машинах с квазиизотермическим сжатием природных хладагентов // Казахстан-холод 2018: сб. докл. VIII Междунар. науч.-техн. конф. Алматы: Изд-во АТУ, 2018. С. 210–215.Yusha V. L., Busarov S. S., Sukhov Ye. V. Otsenka effektivnosti parokompressionnykh kholodil’nykh mashin s kvaziizotermicheskim szhatiyem prirodnykh khladagentov [Evaluation of the effectiveness of steam compression refrigeration machines with quasi-isothermal compression of natural refrigerants]. Kazakhstan-kholod. 2018. Almaty, 2018. P. 210–215. (In Russ.).Yusha V. L., Chernov G. I., Sadvakasov D. H. The efficiency theoretical analysis of the ammonia refrigeration cycle based on the compression in the wet vapor region. AIP Conference Proceedings. 2020. Vol. 2285. 030078. DOI: 10.1063/5.0029565.Yusha V. L., Chernov G. I., Sadvakasov D. H. The efficiency theoretical analysis of the ammonia refrigeration cycle based on the compression in the wet vapor region. AIP Conference Proceedings. 2020. Vol. 2285. 030078. DOI: 10.1063/5.0029565.Юша В.Л., Бусаров С.С., Недовенчаный А.В. Влияние компоновки системы газораспределения на герметичность тихоходных длинноходовых поршневых компрессорных ступеней низкого, среднего и высокого давления // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2024. № 11. C. 89–100. EDN: KWIWNV.Yusha V.L., Busarov S.S., Nedovenchanyy A.V. Vliyaniye komponovki sistemy gazoraspredeleniya na germetichnost’ tikhokhodnykh dlinnokhodovykh porshnevykh kompressornykh stupeney nizkogo, srednego i vysokogo davleniya [Gas distribution system layout effecting tightness of the long-stroke low-speed piston compressor stages at low, medium and high pressures]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Mashinostroyeniye. BMSTU Journal of Mechanical Engineering. 2024. No. 11. P. 89–100. EDN: KWIWNV. (In Russ.).Бусаров С. С., Недовенчаный А. В., Капелюховская А. А. Обоснование возможности конденсации газов в бессмазочных тихоходных холодильных компрессорах // Холодильная техника. 2023. Т. 112. № 1. С. 21–27. DOI: 10.17816/RF513731. EDN: NZHAGI.Busarov S. S., Nedovenchanny A. V., Kapelyukhovskaya A. A. Obosnovaniye vozmozhnosti kondensatsii gazov v bessmazochnykh tikhokhodnykh kholodil’nykh kompressorakh [Substantiation of the possibility of gas condensation in low-speed oil-free refrigerating compressors]. Kholodil’naya tekhnika. Refrigerating Equipment. 2023. Vol. 112, no. 1. P. 21–27. DOI: 10.17816/RF513731. EDN: NZHAGI. (In Russ.).Бусаров С. С., Недовенчаный А. В., Капелюховская А. А. Моделирование рабочих процессов в тихоходных поршневых компрессорах компактных холодильных установок // Вестник Международной академии холода. 2023. № 4. С. 22–27. DOI: 10.17586/1606-4313-2023-22-4-22-27. EDN: TRFHUJ.Busarov S. S., Nedovenchany A. V., Kapelukhovskaya A. A. Modelirovaniye rabochikh protsessov v tikhokhodnykh porshnevykh kompressorakh kompaktnykh kholodil’nykh ustanovok [Modeling of working processes in low-speed reciprocating compressors of compact refrigeration units]. Vestnik Mezhdunarodnoy akademii kholoda. Journal of International Academy of Refrigeration. 2023. No 4. P. 22–27. DOI: 10.17586/1606-4313-2023-22-4-22-27. EDN: TRFHUJ. (In Russ.).Гетманов В. Г. Метрология, стандартизация, сертификация для систем пищевой промышленности. Москва: ДеЛи принт, 2006. 181 с. ISBN 5-94343-124-1.Getmanov V. G. Metrologiya, standartizatsiya, sertifikatsiya dlya system pishchevoy promyshlennosti [Metrology, standardisation, certification for food industry systems]. Moscow, 2006. 181 p. ISBN 5-94343-124-1. (In Russ.).Зайдель А. Н. Погрешности измерения физических величин / под ред. Ж. И. Алферова. Ленинград: Наука, 1985. 112 с.Zaydel’ A. N. Pogreshnosti izmereniya fizicheskikh velichin [Errors in measuring physical quantities] / Ed. by Zh. I. Alferova. Leningrad, 1985. 112 p. (In Russ.).Грановский В. С., Сирая Т. Н. Методы обработки экспериментальных данных при измерениях. Ленинград: Энергоатомиздат, 1990. 288 с.Granovskiy V. S., Siraya T. N. Metody obrabotki eksperimental’nykh dannykh pri izmereniyakh [Methods for processing experimental data in measurements]. Leningrad, 1990. 288 p. (In Russ.).Bland M. J., Altman D. G. Statistics Notes: Measurement error. BMJ. Vol. 313. P. 744. DOI: 10.1136/bmj.313.7059.744.Bland M. J., Altman D. G. Statistics Notes: Measurement error. BMJ. Vol. 313. P. 744. DOI: 10.1136/bmj.313.7059.744.Cochran W. G. Errors of Measurement in Statistics. Technometrics. Vol. 10, no. 4. 1968. P. 637–66. DOI: 10.2307/1267450. URL: http://www.jstor.org/stable/1267450 (accessed: 10.02.2025).Cochran W. G. Errors of Measurement in Statistics. Technometrics. Vol. 10, no. 4. 1968. P. 637–66. DOI: 10.2307/1267450. URL: http://www.jstor.org/stable/1267450 (accessed: 10.02.2025).Krstev I., Helwig A., Müller G. Detection of random vapour concentrations using an integrating diamond gas sensor. Sensors and Actuators B Chemical. 2014. Vol. 195. Р. 603. DOI: 10.1016/j.snb.2014.01.093.Krstev I., Helwig A., Müller G. Detection of random vapour concentrations using an integrating diamond gas sensor. Sensors and Actuators B Chemical. 2014. Vol. 195. Р. 603. DOI: 10.1016/j.snb.2014.01.093.

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