Оценка рациональных затрат энергии на диспергирование жидкости в поршневых компрессорах с двухфазным рабочим телом

В работе рассмотрено условие эффективной работы поршневого компрессора при впрыске охлаждающей жидкости, которое заключается в том, что затраты на ее распыление и впрыск должны быть меньше, чем выигрыш в индикаторной работе, получаемый при интенсивном охлаждении газа и приближении процесса сжатия к изотермическому.
Максимальный относительный выигрыш в подводимой технической работе составляет не более 25 % при использовании системы впрыска охлаждающей жидкости. Следовательно, для получения энергетического эффекта от применения системы охлаждения затраты на ее организацию не должны превышать 10–15 %.
Наибольшее влияние на величину выигрыша энергии при организации впрыска жидкости оказывает средний радиус капель охлаждающей жидкости, затем — относительное количество впрыскиваемой жидкости.
Эффективность впрыска жидкости увеличивается с увеличением отношения давления нагнетания к давлению всасывания и с уменьшением числа оборотов коленчатого вала. 

1. Пластинин П. И. Поршневые компрессоры. В 2 т. Т. 1. Теория и расчет. 3-е изд. Москва: Колос, 2006. 456 с. ISBN 5-9532-0428-0.

2. Фотин Б. С., Пирумов И. Б., Прилуцкий И. К., Пластинин П. И. Поршневые компрессоры // под общ. ред. Б. С. Фотина. Ленинград: Машиностроение, 1987. 372 с.

3. Щерба В. Е. Теория, расчет и конструирование поршневых компрессоров объемного действия. 2-е изд., доп. Москва: Юрайт, 2019. 323 с.

4. Shcherba V. E., Khait A., Nosov E. Yu., Pavlyuchenko E. A. Numerical Analysis of Unsteady Heat Transfer in the Chamber in the Piston Hybrid Compressor with Regenerative Heat Exchange // Machines. 2023. Vol. 11 (3). Р. 363. DOI: 10.3390/machines11030363.

5. Shcherba V. E., Khodoreva E. V., Dorofeev E. A. Methodology for Preliminary Assessment of Design Parameters of Suction Valve and Discharge Valve of a Piston Hybrid Energy Machine of Volumetric Action with Regenerative Heat Exchange // Russian Engineering Research. 2024. Vol. 44, no. 5. P. 639–646. DOI: 10.3103/S1068798X24700758.

6. Shcherba V. E., Grigoriev A. V., Zaloznov I. P., Ovsyannikov A. Yu. Assessing the efficiency of various cooling methods for reciprocating compressors // Chemical and Petroleum Engineering. 2022. Vol. 57, no. 9–10. Р. 756–764. DOI: 10.1007/ s10556-022-01003-5.

7. Shcherba V. E., Shalai V. V., Grigoryev A. V., Pavlyuchenko E. A., Ovsyannikov A. Yu. General approach for estimating the energy efficiency of cooling in positive displacement compressors // Chemical and Petroleum Engineering. 2021. Vol. 57, no. 7–8. Р. 567–575. DOI: 10.1007/s10556-021-00977-y. EDN: CMOZRA.

8. Пат. 2763099 Российская Федерация, МПК F04В 39/06 (2006.01), F04В 49/02 (2006.01). Способ работы системы жидкостного охлаждения машины объемного действия и устройство для его осуществления / Щерба В. Е., Болштянский А. П., Азябин З. В., Носов Е. Ю., Тегжанов А. С. № 2021107058; заявл. 18.03.2021; опубл. 27.12.2021. Бюл. № 36.

9. Khait A., Shcherba V., Nosov E. Numerical and experimental investigation of the hybrid piston compressor using the novel multi-time-scale OpenFOAM®-based model // Applied Thermal Engineering. 2024. Vol. 249 (5). 123448. DOI: 10.1016/j. applthermaleng.2024.123448.

10. Щерба В. Е. Методика оценки времени работы в компрессорном режиме поршневой гибридной энергетической машины объемного действия с регенеративным теплообменом // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2022. № 10 (751). С. 96–102. DOI: 10.18698/0536-1044-2022-10-96-102. EDN: DISNZR.

11. Пластинин П. И., Щерба В. Е. Рабочие процессы объемных компрессоров со впрыском жидкости. Москва: ВИНИТИ, 1996. 153 с.

12. Воропай П. И. Эффективный способ охлаждения воздуха в поршневых компрессорах // Промышленная энергетика. 1963. № 12. С. 24–29.

13. Слободянюк Л. И., Гогин Ю. Н. Охлаждение компрессора впрыском воды в цилиндр // Известия вузов. Энергетика. 1961. № 9. С. 62–66.

14. Сакун И. А. Винтовые компрессоры. Ленинград: Машиностроение, 1970. 400 с.

15. Хлумский В. Ротационные компрессоры и вакуумнасосы / пер. с чешского А. А. Трохина. Москва: Машиностроение, 1971. 128 с.

16. Jin Y., Guo Y., Zhang S. [et al.]. Study on the dynamic characteristics of the free piston in the ionic liquid compressor for hydrogen refueling stations by the fluid-structure interaction modeling // International Journal of Hydrogen Energy. 2023. Vol. 48 (2). P. 25410–25422. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2023.03.202.

17. Zhou H., Dong P., Zhao S. [et al.]. Interrupted plate porous media design for ionic liquid-type liquid piston hydrogen compressor and analysis of the effect on compression efficiency // Journal of Energy Storage. 2022. Vol. 51 (17). 104410. DOI: 10.1016/j.est.2022.104410.

18. Shcherba V. E., Shalay V. V., Nosov E. Yu., Pavlyuchenko E. А., Tegzhanov A. S. Development and Research of CrossheadFree Piston Hybrid Power Machine // Machines. 2021. Vol. 9, no. 32. Р. 1–38. DOI: 10.3390/machines9020032.

19. 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.