Анализ основных направлений снижения интенсивности массовых потоков рабочего тела через неплотности рабочей камеры поршневой длинноходовой тихоходной компрессорной ступени

Рассмотрены рабочие процессы и интегральные характеристики поршневых длинноходовых тихоходных компрессорных ступеней. В качестве объектов сравнения рассматривались известные технологии повышения коэффициента подачи: подбор основных размеров и параметров ступени; изменение размеров и конструкции клапанов, применение эластомерных конструкционных материалов; изменение конструкции цилиндропоршневого уплотнения; изменение компоновки клапана всасывания в рабочей камере. В качестве интегральных показателей рассмотрены индикаторный КПД, коэффициент подачи и коэффициент герметичности, а также температура нагнетания. В качестве независимых параметров рассмотрены: параметры состояния рабочего тела на всасывании, давление нагнетания, основные размеры и параметры ступени, расстояние от клапана всасывания до верхней мертвой точки, диаметры седла клапанов всасывания и нагнетания, а также физико-механические свойства конструкционных материалов.

Выполнен сравнительный анализ эффективности рабочего процесса рассматриваемой ступени при использовании различных технологий снижения интенсивности массообмена через неплотности рабочей камеры поршневой тихоходной длинноходовой ступени. Проведена оценка достижимой величины коэффициента подачи при комбинированном применении различных технологий. Исследованы особенности рабочих процессов рассматриваемого объекта и взаимосвязь интенсивности массовых потоков рабочего газа через неплотности рабочей камеры ступени с применяемыми технологиями. Представленные результаты теоретического анализа отражают характер изменения интегральных характеристик ступени в зависимости от применяемых технологий снижения интенсивности массообмена через неплотности рабочей камеры рассматриваемой ступени.

1. Гидроприводные компрессоры. URL: https://eldeprocess.ru/oborudovanie/kompressory/dozhimnye-kompressory/gidroprivodnye-kompressory/ (дата обращения: 03.11.2023).

2. Газовые компрессоры высокого и низкого давления Hydro-Pac. URL: https: //compressor.net.ru/production/compressor_visokogo_davlrniya (дата обращения: 03.08.2022).

3. Оборудование на базе гидроприводных компрессоров. URL: https://kenpo.ru/ajax/product.php?ID=4 (дата обращения: 03.08.2022).

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

5. Бусаров С. С. Создание и совершенствование бессмазочных поршневых компрессоров среднего и высокого давления на базе малорасходных тихоходных длинноходовых ступеней: автореф. дис. … д-ра техн. наук. Омск, 2024. 32 с.

6. Бусаров С. С., Юша В. Л. Перспективы создания малорасходных компрессорных агрегатов среднего и высокого давления на базе унифицированных тихоходных длинноходовых ступеней // Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. 2018. Т. 24, № 4. С. 80–89. DOI: 10.18721/JEST.24408. EDN: YRNOVN.

7. Юша В. Л., Бусаров С. С., Недовенчаный А. В. [и др.]. Анализ влияния закона регулирования линейного гидропривода на энергетические и динамические характеристики одноступенчатого компрессорного агрегата // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2019. № 11 (716). С. 26–35. DOI: 10.18698/0536-1044-2019-11-26-35. EDN: GATVJB.

8. Busarov S. S., Nedovenchanyi A. V., Yusha V. L. [et al.]. Analysis of thermal state of intensely cooled long-stroke low-speed piston compressor stage // Chemical and Petroleum Engineering. 2017. Vol. 52. Р. 597–601. DOI: 10.1007/s10556-017-0239-4.

9. Busarov S. S., Nedovenchanyi A. V., Yusha V. L. Experimental evaluation of the efficiency of long-stroke, lowspeed reciprocating compressor stages in compression of different gases // Chemical and Petroleum Engineering. 2018. Vol. 54. P. 593–597. DOI: 10.1007/s10556-018-0520-1.

10. Busarov S. S., Yusha V. L. Implementation features of multistage compression in air compressor units based on lowspeed long-stroke stages // Chemical and Petroleum Engineering. 2021. Vol. 57, no. 7–8. P. 576–582. DOI: 10.1007/s10556-021-00978-x. EDN: DIMQXP.

11. 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.

12. Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических и нефтеперерабатывающих производств: приказ Ростехнадзора от 15.12.2020 г., № 533. Доступ из справ.-правовой системы «Консультант Плюс».

13. Правила промышленной безопасности при использовании оборудования, работающего под избыточным давлением: приказ Ростехнадзора от 15.12.2020 г., № 536. Доступ из справ.-правовой системы «Консультант Плюс».

14. Busarov S. S., YushaV. L., Filkin N. Yu. [et al.]. Implementing the principles of operating processes schematization and of performance losses distribution when designing longstroke reciprocating compressor stages // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 1180. 012016. 2021. P. 1–11. DOI: 10.1088/1757-899X/1180/1/012016.

15. 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.

16. 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. Авиационная и ракетно-космическая техника. 2022. № 2 (141). С. 101–111. DOI: 10.18698/0236-3941-2022-2-101-111. EDN: NJTXRO.

17. 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.

18. Бусаров И. С., Бусаров С. С., Юша В. Л. Влияние деформации проточной части эластомерных элементов самодействующих клапанов на характеристики тихоходных длинноходовых компрессорных ступеней // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2021. Т. 5, № 4. С. 33–38. DOI: 10.25206/2588-0373-2021-5-4-33-38. EDN: ZZBIUU.

19. Busarov I. S., Yusha V. L., Busarov S. S. [et al.]. Comparative evaluation of methods for calculating the dynamics of selfacting valves in reciprocating compressor units // Chemical and Petroleum Engineering. 2020. Vol. 56. P. 644–652. DOI: 10.1007/s10556-020-00824-6.

20. Пат. 2694104 Российская Федерация, МПК F 04 B 39/04, F 04 B 53/14. Поршневой компрессор / Юша В. Л., Бусаров С. С., Недовенчаный А. В. [и др.]. № 2018132179; заявл. 09. 07.2018.; опубл. 09.07.2019. Бюл. № 19. 9 с.

21. Бусаров С. С., Бакулин К. А., Кобыльский Р. Э., Бусаров И. С. Перспективы создания современных поршневых компрессоров с повышенной производительностью // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2024. Т. 8, № 1. С. 25–31. DOI: 10.25206/2588-0373-2024-8-1-25-31. EDN: TGSMVH.

22. Юша В. Л., Громов А. Ю., Ушаков П. В. Анализ влияния температурных режимов поршневой длинноходовой компрессорной ступени на термодинамическую эффективность теплового насоса // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2023. Т. 7, № 1. С. 18–25. DOI: 10.25206/2588-0373-2023-7-1-18-25. EDN: MZEQTQ.

23. Юша В. Л., Громов А. Ю., Ушаков П. В. Регулирование температуры конденсации парокомпрессионного теплового насоса на базе поршневой длинноходовой компрессорной ступени при фиксированных температурах воспринимающего теплоносителя // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2023. Т. 7, № 2. С. 27–35. DOI: 10.25206/2588-0373-2023-7-2-27-35. EDN: UIHTRP.

24. Бусаров С. С. Повышение эффективности компрессорного оборудования дорожно-строительных машин: автореф. дис. … канд. техн. наук. Омск, 2008. 16 с.