Одноступенчатый холодильный длинноходовый поршневой компрессор с продолжительным рабочим циклом и интенсивным внешним охлаждением цилиндра: особенности рабочих процессов

Рассмотрено влияние конструктивных и режимных параметров холодильного одноступенчатого поршневого длинноходового тихоходного компрессора на изменение параметров состояния аммиака в процессе сжатия. Представлена методика расчёта действительного рабочего процесса ступени такого компрессора в однофазной постановке, которая учитывает, в том числе и процессы нестационарной теплопроводности при комбинированном применении граничных условий 2-го и 3-го рода.

В качестве независимых параметров рассмотрены конструктивные и режимные параметры ступени: сравнительный анализ изменения параметров состояния аммиака в процессе сжатия выполнен для температур кипения 228, 243 и 258 К и для температуры конденсации 323 К при изменении отношения хода поршня к диаметру цилиндра от 12,5 до 50; времени цикла от 1 до 6 с; отношения времени прямого хода ко времени обратного хода от 1:1 до 1:3; изменения плотности теплового потока на внешней поверхности цилиндра до 50 %. Показано, что при некоторых комбинациях указанных конструктивных и режимных параметров компрессорной ступени параметры состояния аммиака в процессе сжатия могут соответствовать параметрам состояния в области влажного пара, что, соответственно, предполагает возможность частичной конденсации хладагента в рабочей камере ступени. Однако математическая модель, широко применяемая для расчёта рабочих процессов холодильных компрессоров, корректна лишь в области сухого перегретого пара.

Следовательно, полученные результаты, связанные с возможностью конденсации хладагента, могут являться лишь обоснованным предположением. Но с учётом прогнозируемой эффективности сжатия хладагентов в области влажного пара результаты данной статьи являются косвенным подтверждением актуальности разработки методик экспериментальных и теоретических исследований рабочих процессов компрессоров рассматриваемого типа в области влажного пара и их реализации.

1. Капелюховская А. А. Разработка и исследование тихоходных компрессоров малых холодильных машин: дис. … канд. техн. наук. Омск, 2025. 199 с.

2. Trott A. R., Welch T. Refrigeration and Air-Conditioning. 3rd ed. Butterworth Heinemann, Oxford, 2000. 377 p.

3. Архаров А. М., Шишов В. В., Талызин М. С. Энтропийно-статистический анализ низкотемпературных транскритических циклов диоксида углерода // Инженерный журнал: наука и инновации. 2017. № 3 (63). С. 8. http://doi.org/10.18698/2308-6033-2017-3-1601. EDN: YHEUPJ.

4. Хрёкин А. С., Баранов И. В. Сравнительный анализ эффективности циклов холодильных машин // Вестник Международной академии холода. 2021. № 1. С. 12–21. http://doi.org/10.17586/1606-4313-2021-20-1-12-21. EDN: LNYFMY.

5. Dutta A. K., Yanagisawa T., Fukuta M. A Study on Compression Characteristic of Wet Vapor Refrigerant. International Compressor Engineering Conference at Purdue. 1996;1112.

6. Akhmed H. J., Khalifa A. H., Khalaf D. Z. Performance Investigation of Vapor Compression Cycle with a Variable Speed Compressor and Refrigerant Injection. Journal of Mechanical Engineering. 2019;16(2):63–76. http://doi.org/10.24191/jmeche.v16i2.15327.

7. Wang B., Yang M., Dewitte P. [et al.]. Evaluation of methods to decrease the discharge temperature of R32 scroll compressor. International Compressor Engineering Conference at Purdue. 2014;2371.

8. Pawale K. T., Sali N. V., Deshpande G. N. Vapor compression refrigeration system with refrigerant injection: a review. Elixir Mechanical Engineering. 2014;72:25410–25414.

9. Lin J., Lian Y., Wu J. Numerical investigation on vapor-liquid two-phase compression in the cylinder of rotary compressors. Applied Thermal Engineering. 2020;170:115022. http://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2020.115022.

10. Бусаров С. С., Недовенчаный А. В., Капелюховская А. А. Возможность замены двухступенчатых холодильных компрессоров тихоходными // Вестник Международной академии холода. 2024. № 2. С. 30–35. http://doi.org/10.17586/1606-4313-2024-23-2-30-35. EDN: JQCQVC.

11. Yusha V. L., Chernov G. I., Sadvakasov D. H. Analysis of the uncertainty factors influence on the mathematical modelling of ammonia compression in the wet vapor region. AIP Conference Proceedings. 2021;2412:030043. http://doi.org/10.1063/5.0076077. EDN: PIJJIM.

12. Bosnjakovic F., Knoche K. F. Technische Thermodynamik: Teil I. Darmstadt; Steinkopff, 1998. 543 p. (In Germ.).

13. Цветков О. Б., Лаптев Ю. А. Энерго- и экологически эффективные рабочие вещества в технологиях генерации холода и теплоты // Холодильная техника. 2016. № 3. С. 18–24. EDN: VWCYCX.

14. Хрёкин А. С. Энергосберегающие решения для создания холодильных машин с применением диоксида углерода: дис. … канд. техн. наук. Санкт-Петербург, 2023. 328 с. EDN: EKLVDS.

15. Юша В. Л. К вопросу о применимости полуэмпирических методик расчёта рабочих процессов холодильного одноступенчатого длинноходового поршневого компрессора в области влажного пара // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2025. Т. 9, № 2. С. 13–24. http://doi.org/10.25206/2588-0373-2025-9-2-13-24. EDN: BGBRII.

16. Бусаров С. С., Недовенчаный А. В., Кобыльский Р. Э., Бусаров И. С. Экспериментальное исследование особенностей рабочих процессов тихоходных интенсивно охлаждаемых длинноходовых поршневых компрессорных ступеней // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2025. Т. 9, № 2. С. 25–32. http://doi.org/10.25206/2588-0373-2025-9-2-25-32. EDN: AORTTX.

17. Громов А. Ю. Разработка поршневых ступеней с линейным приводом для малорасходных компрессорных агрегатов и исследование их рабочих процессов: дис. … канд. техн. наук. Омск, 2017. 213 с. EDN: LCEIPW.

18. Бусаров И. С. Разработка и исследование самодействующих клапанов с эластомерным конструктивным элементом тихоходного длинноходового поршневого компрессора малой производительности: дис. … канд. техн. наук. Омск, 2024. 171 с. EDN: UOFJCB.