Анализ методов расчета уплотнений гибридных энергетических машин

В статье рассмотрены основные методы расчета уплотнений гибридных энергетических машин. Проведен анализ работ по конструкциям гибридных энергетических машин. Рассмотрены основные виды поршневых уплотнений насосов, компрессоров и гибридных энергетических машин с акцентированием внимания на основные преимущества и недостатки каждого вида уплотнения, а также даны рекомендации по выбору уплотнений для гибридных энергетических машин. На основе анализа работ по исследованиям поршневых уплотнений рассмотрены основные методы расчета уплотнений гибридных энергетических машин и определен наиболее подходящий.

1. Mousavi S., Kara S., Kornfeld B. Energy Efficiency of Compressed Air Systems // Procedia CIRP. 2014. Vol. 15. P. 313–318. DOI: 0.1016/j.procir.2014.06.026.

2. Patil V. C., Acharya P., Ro P. I. Experimental investigation of heat transfer in liquid piston compressor // Applied Thermal Engineering. 2019. Vol. 146. P. 169–179. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2018.09.121.

3. Shcherba V. E., Pavlyuchenko E. А., Nosov E. Yu., Bulgakova I. Yu. Approximation of the compression process to isothermal in a reciprocating compressor with a liquid piston // Applied Thermal Engineering. 2022. Vol. 207. 118151. Р. 1–12. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2022.118151.

4. Mousavi S., Kara S., Kornfeld B. Energy efficiency of compressed air systems // Procedia CIRP. 2014. Vol. 15 (4). P. 313–318. DOI: 10.1016/j.procir.2014.06.026.

5. Щерба В. Е. Рабочие процессы компрессоров объемного действия. Москва: Наука, 2008. 319 с.

6. Щерба В. Е., Болштянский А. П., Кайгородов С. Ю., Кузеева Д. А. Анализ основных преимуществ объединения компрессоров и насосов объемного действия в единый агрегат // Вестник машиностроения. 2015. № 12. С. 15–19.

7. Щерба В. Е., Болштянский А. П., Шалай В. В., Ходорева А. В. Насос-компрессоры. Рабочие процессы и основы проектирования. Москва: Машиностроение, 2013. 388 с.

8. Щерба В. Е., Носов Е. Ю., Тегжанов А. С., Парамонов А. М., Блинов В. Н., Суриков В. И. Экспериментальное исследование бескрейцкопфной поршневой гибридной энергетической машины объемного действия с интенсивным охлаждением компримируемого газа // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2019. № 10. C. 78–85. DOI: 10.18698/0536-1044-2019-10-78-85.

9. Щерба В. Е., Шалай В. В., Труханова Д. А., Носов Е. Ю., Павлюченко Е. А. Разработка и экспериментальное исследование поршневой гибридной энергетической машины с газовым объемом на всасывании // Вестник машиностроения. 2019. № 4. С. 18–22.

10. Щерба В. Е., Тегжанов А. С., Носов Е. Ю., Парамонов А. М., Блинов В. Н., Храпский С. Ф. Сравнительный анализ массогабаритных показателей бескрейцкопфной и крейцкопфной поршневых энергетических машин объемного действия // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2019. № 9. С. 88–95. DOI: 10.18698/0536-1044-2019-9-88-95.

11. Щерба В. Е., Болштянский А. П., Рыбак А. Т., Носов Е. Ю., Тегжанов А. С. Конструктивные компоновки гибридных машин объемного действия // Омский научный вестник. 2018. № 1 (157). С. 10–18. DOI: 10.25206/1813-8225-2018-157-10-18.

12. Shcherba V. E., Tegzhanov A.-Kh.S. Mathematical model of working processes of a positive displacement piston hybrid power machine with a gas cap and two suction valves // Chemical and Petroleum Engineering. 2022. Vol. 58, no. 5-6. Р. 388–397. DOI: 10.1007/s10556-022-01104-1.

13. Кондаков Л. А., Голубев А. И., Овандер В. Б. [и др.]. Уплотнения и уплотнительная техника: cправ. // под ред. Кондакова Л. А., Голубева А. И. Москва: Машиностроение, 1986. 464 с.

14. Орлов Ю. М. Объемные гидравлические машины. Конструкция, проектирование, расчет. Москва: Машиностроение, 2006. 222 с.

15. Болштянский А. П., Щерба В. Е., Лысенко Е. А., Ивахненко Т. А. Поршневые компрессоры с бесконтактным уплотнением. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010. 416 с.

16. Бусаров С. С., Бусаров И. С., Титов Д. С. Экспериментальное определение условных зазоров цилиндропоршневых уплотнений компрессорных агрегатов // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2019. Т. 3, № 1. С. 50–56. DOI: 10.25206/2588-0373-2019-3-1-50-56.

17. Захаренко В. П. Основы теории уплотнений и создание поршневых компрессоров без смазки: дис. … д-ра техн. наук. Санкт-Петербург, 2001. 159 с.

18. Кондюрин А. Ю., Щерба В. Е., Лысенко Е. А., Нестеренко И. С., Зимницкий А. Н. К вопросу о получении профиля щелевого уплотнения для поршневой гибридной энергетической машины объемного действия // Омский научный вестник. 2016. № 2 (146). С. 36–39.

19. Титов Д. С., Бусаров С. С., Аистов И. П., Вансович К. А. Анализ эффективности применения поршневых уплотнений в тихоходных насосных агрегатах на основе анализа деформированного состояния цилиндрической части камеры сжатия // Омский научный вестник. Сер. Авиационноракетное и энергетическое машиностроение. 2020. Т. 4, № 2. P. 64–71. DOI: 10.25206/2588-0373-2020-4-2-64-71.

20. Кондюрин А. Ю., Шалай В. В., Щерба В. Е., Лысенко Е. А., Нестеренко Г. А., Суриков В. И. Результаты экспериментальных исследований щелевого уплотнения выполненного в виде гидроида для поршневой гибридной энергетической машины объемного действия // Техника и технология нефтехимического и нефтегазового производства: материалы 6-й Междунар. науч.-техн. конф., 25–30 апр. 2016 г. Омск, 2016. С. 72–73.

21. Пластинин П. И. Поршневые компрессоры В 2 т. Т. 1. Теория и расчет. 3-е изд. Москва: КолосС, 2006. 456 с. ISBN 5-9532-0428-0.

22. Xin D., Feng J., Ding L. [et al.]. Experimental investigation of pressure distribution between the piston rings and its formation in reciprocating compressors // ARCHIVE Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part C. Journal of Mechanical Engineering Science. 2012. Vol. 226 (11). P. 2701–2712. DOI: 10.1177/0954406212438151.

23. Yu W., Dianbo X., Jianmei F. [et al.]. Research on sealing performance and self-acting valve reliability in highpressure oil-free hydrogen compressors for hydrogen refueling stations // International Journal of Hydrogen Energy. 2010. Vol. 35 (15). P. 8063–8070. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2010.01.089.

24. Oliva A., Held S. Numerical multiphase simulation and validation of the flow in the piston ring pack of an internal combustion engine // Tribology International. 2016. Vol. 101. P. 98–109. DOI: 10.1016/j.triboint.2016.04.003.

25. Wolff A. Simulation based study of the system pistoneringecylinder of a marine two-stroke engine // Tribology Transactions. 2014. Vol. 57 (4). P. 653–667. DOI: 10.1080/10402004.2014.895886.

26. Xiaohan J., Qingqing Z., Jianmei F. [et al.]. Numerical simulation and experimental study on temperature distribution of self-lubricating packing rings in reciprocating compressors // Mathematical Problems in Engineering. 2016. Vol. 2016 (14). DOI: 10.1155/2016/4029806.

27. Yang B., Bradshaw C. R., Groll E. A. Modeling of a semihermetic CO2 reciprocating compressor including lubrication submodels for piston rings and bearings // International Journal of Refrigeration. 2013. Vol. 36 (7). P. 1925–1937. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2012.10.017.

28. Shcherba V. Е., Shalai V. V., Pustovoy N. V., Pavlyuchenko E. А., Gribanov S. V., Dorofeev E. А. Calculation of the Incompressible Viscous Fluid Flow in Piston Seals of Piston Hybrid Power Machines // Machines. 2020. Vol. 8 (2). 21. P. 1–28. DOI: 10.3390/machines8020021.