Оценка степени влияния фактора подвижности стенок щели при расчёте величины протечек в рабочей части спирального компрессора. Часть 1

Спиральный тип компрессора нашел широкое применение в сегменте средней производительности в области холодильной и климатической техники, включая тепловые насосы. Сегодня в этой области идет активный процесс перехода с гидрофторуглеродов на натуральные хладагенты с низким потенциалом глобального потепления. Все больше возрастает роль СО2, который отличается низкой критической точкой и, соответственно, высокими рабочими давлениями. Для работы на новых хладагентах спиральный компрессор должен быть адаптирован с учетом всех конструктивных особенностей, основной из которых являются зазоры в проточной части машины. Следует учитывать, что термодинамические свойства диоксида углерода, отличные от гидрофторуглеродов, оказывают существенное влияние на объемные и энергетические показатели компрессора. В данном случае актуальность заключается в повышении точности расчета потерь компрессора и прогноза характеристик холодильной машины. Так как основными объемными потерями в спиральном компрессоре являются протечки рабочего вещества в его рабочей части, а сам процесс течения среды нестационарный, то интерес вызывает их количественная составляющая. Целью настоящей работы является уточнение физических основ процесса протечек в радиальном зазоре и степени влияния на него различных факторов. Такой анализ дает дальнейшую возможность уточнения методики расчета протечек компримируемой среды с учетом фактора подвижности стенок щелей. Это повысит точность получаемых результатов, которые могут служить базой к прогнозу оптимальных характеристик компрессора за счет их аппроксимации и позволит оптимизировать проектирование холодильных машин при выбранных режимах работы.

1. Пронин В. А., Кованов А. В., Калашникова Е. А., Цветков В. А. Перспектива использования озонобезопасных хладагентов с низким потенциалом глобального потепления в спиральных компрессорах. Часть 1 // Омский научный вестник. Сер. «Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение». 2021. Т. 5, № 4. C. 9–16. DOI: 10.25206/2588-0373-2021-5-4-9-16.

2. Пронин В. А., Кованов А. В., Калашникова Е. А., Цветков В. А. Перспектива использования озонобезопасных хладагентов с низким потенциалом глобального потепления в спиральных компрессорах. Исследования и практика применения R744 и R290. Часть 2 // Омский научный вестник. Сер. «Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение». 2022. Т. 6, № 1. C. 14–21. DOI: 10.25206/2588-0373-2022-6-1-14-21.

3. Qi W., Guangpeng L. Research and Development of Carbon Dioxide Refrigeration Technology // E3S Web of Conferences. 2020. No. 213. 03031. DOI: 10.1051/e3sconf/202021303031.

4. Guangpeng L., Qi W., Changbo S. Application and Exploration of Carbon Dioxide R744 as Refrigerant and Secondary Refrigerant in Refrigerating Unit of Commercial Super // E3S Web of Conferences. 2021. No. 267. 02008. DOI: 10.1051/e3sconf/202126702008.

5. Plaza E. L. Dynamic Analysis of a scroll compressor. Master of Science Thesis MMK 2007:33 MPK 593 KTH Industrial Engineering and Management Machine Design SE-100 44. Stockholm, Sweden, 2007. 80 p.

6. Ishii N., Yamamoto S., Sano K. [et al.]. Efficiency Simulations of A Compact CO2 Scroll Compressor And Its Comparison With Same Cooling Capacity R410A Scroll Compressor // International Compressor Engineering Conference. 2002. URL: https://docs.lib.purdue.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=2596&context=icec (дата обращения: 14.12.2022).

7. Kenji Y., Hideto N., Mihoko S. Development of Large Capacity CO2 Scroll Compressor International Compressor Engineering Conference. 2008. 1836. URL: https://docs.lib. purdue.edu/icec/1836 (дата обращения: 14.12.2022).

8. Minikaev A., Yerezhep D., Zhignovskaia D., Pronin V., Kovanov A. Power interactions of scroll compressor elements // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2020. No. 826. 012022. DOI: 10.1088/1757-899X/826/1/012022.

9. Zheng S., Wei M., Hu C. [et al.]. Flow characteristics of tangential leakage in a scroll compressor for automobile heat pump with CO2 // Science China Technological Sciences. 2021, Vol. 64, no. 5. P. 971–983. DOI: 10.1007/s11431-020-1765-3.

10. Pereira E. L. L., Braga V. M., Deschamps C. J. Data from the numerical analysis of radial and tangential leakage of gas in scroll compressors // Data in Brief. 2020. Vol. 29. 105197. DOI: 10.1016/j.dib.2020.105197.

11. Pereira E. L. L., Deschamps C. J. Numerical analysis and correlations for radial and tangential leakage of gas in scroll compressors // International Journal of Refrigeration. 2019. Vol. 110 (12). P. 239–247. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2019.11.002.

12. Suamir I. N. Study on the Performance of Scroll Compressor Applied for Medium Temperature Refrigeration System // Journal of Advanced Research in Fluid Mechanics and Thermal Sciences. 2021. Vol. 83, no. 2. P. 98–113. DOI: 10.37934/arfmts.83.2.98113.

13. Wang J., Liu T. Leakage model of axial clearance and test of scroll compressors // Journal of Shanghai Jiaotong University (Science). 2020. Vol. 25, no. 4. P. 531–537. DOI: 10.1007/s12204-020-2163-6.

14. Hidaka A., Ikeda A., Morimoto T. [et al.]. Axial and Radial Force Control for a CO2 Scroll Expander // HVAC&R Research. 2009. Vol. 15, no. 4. P. 759–770. DOI: 10.1080/10789669.2009.10390862.

15. Hirofumi Y., Atsushi S., Yoshiyuki F. [et al.]. Clearance Control of Scroll Compressor for CO2 Refrigerant // International Compressor Engineering Conference. 2008. 1848. URL: https://docs.lib.purdue.edu/icec/1848/ (дата обращения: 14.01.2023).

16. Pronin V. A., Kuznetsov Y. L., Zhignovskaia D. V., Minikaev A. F., Yerezhep D. Improving methodology calculating the leakages compressible environment in the working part of a screw compressor // AIP Conference Proceedings.2019. Vol. 2141. 030010. DOI: 10.1063/1.5122060.

17. Хисамеев И. Г., Максимов В. А. Двухроторные винтовые и прямозубые компрессоры. Казань: ФЭН, 2000. 637 с.

18. Максимов В. А., Хадиев М. Б., Хисамеев И. Г., Галиев Р. М. Бесконтактные уплотнения роторов центробежных и винтовых компрессоров. Казань: ФЭН, 1998. 292 с.

19. Пронин В. А., Верболоз А. Л. Оценка влияния подвижности стенок щелей на протечки компримируемой среды в винтовом однороторном компрессоре (ВКО) // Вестник Международной академии холода. 2012. Т. 42, № 1. С. 31–33.

20. Kovanov A. V., Zhignovskaia D. V., Pronin V. A., Tsvetkov V. A. The aperture’s classification of working organs of scroll compressor, the estimation of their influence on supply coefficient // AIP Conference Proceedings. 2021. Vol. 2412. 030046. DOI: 10.1063/5.0075151.

21. Косачевский В. А. Разработка метода расчета и анализ рабочего процесса спиральных компрессоров: дис. канд. техн. наук. Санкт-Петербург, 1998. 188 с.