Особенности расчета температурных полей роторов винтовых компрессоров «сухого» сжатия

Ввиду широкого применения в современной промышленности винтовых компрессоров актуальной является разработка мер по повышению эффективности их работы. Основные достоинства винтовых компрессоров «сухого» сжатия по сравнению с маслозаполненными компрессорами — их компактность ввиду отсутствия развитой системы смазки с громоздкой системой маслоотделения, а также дополнительных фильтров; экологичность; экономия обслуживания. Одним из направлений повышения объемных и энергетических характеристик винтового компрессора является совершенствование методики расчета профильных зазоров путем учета различных факторов, возникающих при его работе. С учетом того, что винтовой компрессор «сухого» сжатия зачастую работает на режимах с повышенными значениями температур сжимаемого газа, существенно увеличивается тепловая загруженность элементов компрессора по сравнению с маслозаполненными компрессорами. Таким образом, при расчете зазоров необходимо учитывать тепловое состояние роторов, а также распределение температур по роторам в рабочих полостях. В статье предложена методика расчета температурных полей роторов с целью уменьшения профильных зазоров роторов и улучшения характеристик винтовых компрессоров «сухого» сжатия.  

1. Burckney D., Kovacevic A., Stosic N. Consideration of clearances in the design of screw compressor rotors. 7th International Conference on Compressors and their Systems. 2011. P. 401–410. DOI: 10.1533/9780857095350.8.401.

2. Сакун И. А. Винтовые компрессоры / ред. А. Э. Жмудь, Б. С. Фотин. Москва: Машгиз, 1960. 359 с.

3. Stosic N., Smith I. K., Kovacevic A. Screw compressors. Mathematical modelling and performance calculation. Springer, 2005. 138 p. ISBN 978-354-024-27-58.

4. Stosic N., Smith I. K., Kovacevic A. Calculation of Rotor Interference in Screw Compressors. International Compressor Technique Conference. 2001. URL: https://www.researchgate.net/publication/237734421 (accessed 15.09.2025).

5. Xiao D. Z., Gao Y., Wang Z. Q., Liu D. M. Mathematical basis for clearance analysis in twin systems. City University, London, 1999. P. 747–756.

6. Holmes C. S., Williamson T. The manufacture of hardened screw compressor rotors. International Conference on Compressors and their Systems. 2001. P. 75–80. ISBN 978-1-86058-330-8.

7. Mustafin T. N., Yakupov R. R., Burmistrov A. V., Khamidullin M. S, Khisameev I. G. Analysis of the screw compressor rotors' non-uniform thermal field effect on transmission error. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2015. Vol. 90. P. 012004. DOI: 10.1088/1757-899X/90/1/012004. EDN: UZYRBR.

8. Мустафин Т. Н., Якупов Р. Р., Уйбекова Л. Х., Хамидуллин М. С., Хисамеев И. Г. Расчёт температурных полей роторов винтового компрессора // Компрессорная техника и пневматика. 2017. № 4. С. 22–27. EDN: YNMIAX.

9. Mustafin T. N., Yakupov R. R., Khamidullin M. S., Khisameev I. G., Uybekova L. H., Paranina O. Y. Determining of actual profile clearances and screw compressor rotor positions depending on working conditions. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2017. Vol. 232. DOI: 10.1088/1757-899X/232/1/012023. EDN: XXUIMP.

10. Mustafin T. N., Yakupov R. R., Khamadullin M. S., Khisameev I. G., Uybekova L. Kh., Paranina O. Yu. Calculation and experimental analysis of profile clearance values in screw compressor rotors. AIP Conference Proceedings. 2018. Vol. 2007. P. 030049. DOI: 10.1063/1.5051910. EDN: YCLRDN.

11. Hsieh S. H., Shih Y. C., Hsieh W. H., Lin F. Y., Tsai M. J. Calculation of temperature distributions in the rotors of oilinjected screw compressors. International Journal of Thermal Sciences. 2011. Vol. 50 (7). P. 1271–1284.

12. Hsieh S. H., Hsieh W. H., Huang C. S., Huang Y. H. Numerical analysis of performance, rotor temperature distributions, and rotor thermal deformation of an R134a screw compressor. International Compressor Engineering Conference. 2012. Paper 2115.

13. Gao T. Y., Yang D. F., Cao F., Jiao J. C. Temperature and thermodynamic deformation analysis of the rotors on a twin screw multiphase pump with high gas volume fractions. Journal of Zhejiang University-SCIENCE A. 2011. Vol. 12. P. 720–730. DOI: 10.1631/jzus.A1000485.

14. Sauls J., Powell G., Weathers B. Transient thermal analysis of screw compressors, Part 1: Use of thermodynamic simulations to determine boundary conditions for fine element analyses. International Compressor Engineering Conference. 2006. Paper 1811.

15. Kandlkar S. G. Heat transfer characteristics in partial boiling, fully developed boiling, and significant void flow regions of subcooled flow boiling. Journal of Heat Transfer. 1998. Vol. 120 (2). DOI: 10.1115/1.2824263.

16. Gnielinski V. Ein neues Berechnungsverfahren für die Wärmeübertragung im Übergangsbereich zwischen laminarer und turbulenter Rohrströmung [New calculation procedure for the heat transfer in the transition region between laminar and turbulent pipe flow]. Forschung im Ingenieurwesen. 1995. Vol. 61. P. 240–248. DOI: 10.1007/BF02607964. (In Germ.).

17. Shevchuk I. V., Khalatov A. A. Heat Transfer and hydrodynamics in straight channels rotating about a parallel or inclined axis (Review). High Temperature. 1996. Vol. 34, no. 3. P. 455–467.

18. Tachibana F., Fukui S., Mitsumura H. Heat transfer in an annulus with an inner rotating cylinder. Bulletin of JSME. 1960. Vol. 3. P. 119–123. DOI: 10.1299/jsme1958.3.119.

19. Дорфман Л. А. Гидродинамическое сопротивление и теплоотдача вращающихся тел. Москва: Физматгиз, 1960. 260 с.

20. Хисамеев И. Г., Максимов В. А. Двухроторные винтовые и прямозубые компрессоры. Теория, расчет и проектирование. Казань: ФЭН, 2000. 638 с. ISBN 5-7544-0153-1.

21. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей: cправ. / пер. с англ. под ред. Б. И. Соколова. 3-е изд., перераб. и доп. Ленинград: Химия, 1982. 592 с.

22. Варгафтик Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. Москва: Наука, 1972. 21 с.