Оценка применимости одноступенчатых поршневых длинноходовых тихоходных компрессоров в низкотемпературных холодильных машинах

Рассмотрены рабочие процессы  и  интегральные  характеристики  низкотемпературных  аммиачных одноступенчатых поршневых длинноходовых тихоходных компрессоров. Представлена методика расчёта действительного рабочего процесса ступени такого  компрессора,  учитывающая такие основные  факторы,  как  процессы  нестационарной  теплопередачи  между  рабочим  телом в цилиндре и внешней охлаждающей средой;  процессы  течения  рабочего  тела  через  неплотности в клапанах и в уплотнениях цилиндропоршневой группы; динамика движения запорного органа клапанов и др. В качестве интегральных показателей рассмотрены коэффициент подачи, холодильный коэффициент, температура нагнетания. В качестве независимых параметров рассмотрены: температуры конденсации и кипения, основные размеры и параметры ступени, температура  охлаждающей  среды  и  коэффициент  теплоотдачи  на  внешней  поверхности  цилиндра, а также диаметры седла клапанов всасывания и нагнетания.

Выполнен сравнительный анализ эффективности рабочего процесса рассматриваемой ступени при температуре конденсации 303 К и температурах кипения в диапазоне от 243 К до 173 К. Исследована взаимосвязь основных размеров и параметров ступени, а также температуры кипения аммиака с интегральными характеристиками рассматриваемого компрессора. Полученные результаты теоретического анализа позволяют оценивать возможность замены многоступенчатых и каскадных низкотемпературных холодильных компрессоров альтернативными одноступенчатыми на базе тихоходной длинноходовой ступени как перспективную.

1. Зеликовский И. Х., Каплан Л. Г. Малые холодильные машины и установки: cправ. Москва: Агропромиздат, 1989. 672 с.

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

3. Поршневые компрессоры // BITZER. URL: https://www.bitzer.de/ru/ru/поршневые-компрессоры/ (дата обращения: 16.12.2023).

4. Copeland DWM — полугерметичные поршневые компрессоры // Copeland. URL: https://copelandcompressor.ru/copeland-dwm (дата обращения: 16.12.2023).

5. Полугерметичные поршневые компрессоры RDL // Radoil. URL: https://radoil.ru/doc/rdl-catalog-06-2024.pdf (дата обращения: 05.04.2024).

6. Компрессоры Belief. Каталог 2023 // Belief. URL: https://belief.su/images/stories/virtuemart/product/Каталог%20компрессоры%20Belief%202023.pdf (дата обращения: 05.04.2024).

7. Dutta A. K., Yanagisawa T., Fukuta M. A Study on Compression Characteristic of Wet Vapor Refrigerant // International Compressor Engineering Conference at Purdue. 1996. 1112. URL: https://docs.lib.purdue.edu/icec/1112 (дата обращения: 14.05.2022).

8. 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. Vol. 16 (2). P. 63–76. DOI: 10.24191/jmeche.v16i2.15327.

9. Pawale K. T., Sali N. V., Deshpande G. N. Vapor compression refrigeration system with refrigerant injection: a review // Elixir Mech. Eng. 2014. Vol. 72. P. 25410–25414.

10. Система CIC для поршневых компрессоров Битцер. URL: http://cis.bitzer.ru/sistema_cic_dlya_porshnevih_kompressorov_bitcer (дата обращения: 22.02.2022).

11. Новые возможности низкотемпературного применения холодильных компрессоров. URL: https://climate.emerson.com/documents/ru-4215396.pdf (дата обращения: 03.06.2022).

12. BITZER. Двухступенчатые низкотемпературные полугерметичные поршневые компрессоры. URL: https://www.holod-tk.ru/upload/catalog_documentation/BITZER.%202-ступенчатые%20полугерметичные%20поршневые%20компрессоры.pdf (дата обращения: 05.04.2024).

13. MYCOM compressors. URL: https://mayekawa.com/mycom/ (дата обращения: 05.04.2024).

14. Jiang S., Wang S., Jin X. [et al.]. The role of optimum intermediate pressure in the design of two-stage vapor compression systems: A further investigation // International Journal of Refrigeration. 2016. Vol. 70. P. 57–70. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2016.06.024.

15. Бучко Н. А., Гоголин А. А., Данилова Г. Н. [и др.]. Теплофизические основы получения искусственного холода: cправ. Москва: Пищевая промышленность, 1980. 232 с.

16. Морозюк Л. И. Термодинамический анализ каскадных холодильных машин с R744 в верхнем каскаде // Холодильная техника и технология. 2016. Т. 52 (1). С. 12–17. DOI: 10.21691/ret.v52i1.34. EDN: YRTSPL.

17. Велюханов В. Каскадные холодильные установки Фригодизайн // Империя холода. 2021. № 1 (106). С. 17–19.

18. HEPO INTERNATIONAL. Ultra-low temperature freezer. URL: https://haizhibo001.en.made-in-china.com/product/YNFEaKeSAmkq/China-110-135-Degree-120-L-UltraLow-Temperature-Freezer-HP-135C120-.html (дата обращения: 05.04.2024).

19. Низкотемпературная морозильная камера. URL: https://china.org.ru/product/ru/60517682024 (дата обращения: 05.04.2024).

20. Sanchez D., Llopis R., Cabello R. [et al.]. Conversion of a direct to an indirect commercial (HFC134a/CO2) cascade refrigeration system: Energy impact analysis // International Journal of Refrigeration. 2017. Vol. 73. P. 183–199. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2016.09.012.

21. Yusha V. L., Den’gin V. G., Busarov S. S., Nedovenchanyj A. V., Gromov A. Yu. The estimation of thermal conditions of highly-cooled long-stroke stages in reciprocating compressors // Procedia Engineering. 2015. Vol. 113. P. 264–269. DOI: 10.1016/j.proeng.2015.07.333.

22. Юша В. Л., Бусаров С. С. Определение показателей политропы схематизированных рабочих процессов воздушных поршневых тихоходных длинноходовых компрессорных ступеней // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2020. Т. 4, № 1. С. 15–22. DOI: 10.25206/2588-0373-2020-4-1-15-22. EDN: OILEDY.

23. Юша В. Л., Бусаров С. С. Методика расчёта действительной производительности одноступенчатых длинноходовых поршневых компрессоров // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2020. Т. 4, № 4. С. 9–15. DOI: 10.25206/2588-0373-2020-4-4-9-15. EDN: OQNZMY.

24. Юша В. Л. Научно-технологические предпосылки совершенствования и промышленного освоения малорасходных компрессорных агрегатов на базе длинноходовых поршневых ступеней // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2022. Т. 6, № 3. С. 24–39. DOI: 10.25206/2588-0373-2022-6-3-24-39. EDN: YVEINB.

25. Недовенчаный А. В. Повышение энергетической и динамической эффективности малорасходного одноступенчатого компрессорного агрегата с линейным гидроприводом: дис. … канд. техн. наук. Омск, 2020. 232 с.

26. Бусаров С. С. Создание и совершенствование несмазываемых поршневых компрессоров среднего и высокого давления на базе малорасходных тихоходных длинноходовых ступеней: автореф. дис. … д-ра техн. наук. Омск, 2023.

27. Юша В. Л. Теоретическая оценка эффективности применения одноступенчатых длинноходовых поршневых компрессоров в холодильной технике и системах сжижения углеводородов // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2024. Т. 8, № 1. С. 17–24. DOI: 10.25206/2588-0373-2024-8-1-17-24. EDN: SWSUHV.

28. Бусаров С. С. Повышение эффективности компрессорного оборудования дорожно-строительных машин: дис. … канд. техн. наук. Омск, 2008. 123 с.

29. Бусаров С. С., Кобыльский Р. Э., Синицын Н. Г. Теоретическая оценка возможности уменьшения массовых утечек рабочей среды из камеры поршневого компрессора // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2022. № 2 (141). С. 101–111. DOI: 10.18698/0236-3941-2022-2-101-111. EDN: NJTXRO.

30. Бусаров С. С., Юша В. Л., Кобыльский Р. Э. Экспериментальная оценка эффективности манжетного уплотнения цилиндропоршневой группы длинноходовой компрессорной ступени // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2020. Т. 4, № 3. С. 20– 27. DOI: 10.25206/2588-0373-2020-4-3-20-27. EDN: YGWQZY.

31. Бусаров С. С., Бусаров И. С., Титов Д. С. Исследования влияния неплотностей рабочей камеры на рабочий процесс сверхтихоходных длинноходовых поршневых компрессорных и насосных агрегатов // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2019. № 6. С. 25–27.