CC BY
5
Машиноведение
УДК 62-97-82
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-11-579-580
ПЕРСПЕКТИВЫ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПОРШНЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ
С.С. Бусаров, А.В. Недовенчаный, К.А. Бакулин, Н.Г. Синицин
Как показали исследования поршневые компрессоры занимают последнее место среди объёмных машин по производительности. В работе рассмотрена возможность повышения производительности поршневых машин для обеспечения реальной конкуренции по данному параметру с другими типами машин. За основные результаты были взяты достижения, связанные с тихоходными поршневыми машинами, что позволило показать потенциальную возможность повышения коэффициента подачи поршневых компрессоров до 0,9...0,93.
Ключевые слова: поршневой компрессор, тихоходная машина, коэффициент подачи.
Производительность является одним из главных параметров любого компрессора не зависимо от принципа действия. При этом удобно использовать относительный показатель для возможности сравнения любых компрессоров с небольшой производительности до значений производительности 1 м3/с и выше. Таким относительным параметром является коэффициент подачи. Значение данного параметра - доля производительности действительной машины по сравнению с идеальной идентичной машиной. Он включает в себя ряд факторов, которые в реальном компрессоре уменьшают производительность, данные факторы будут рассмотрены ниже.
Для различных конструкций коэффициент подачи имеет различные значения так для интересующих нас поршневых машин значения составляют 0,7 - 0,85; в спиральных компрессорах достигает значения 0,95 (отсутствие мёртвого объёма и клапанов, а также большая частота вращения вала); в винтовых компрессорах -0,95; динамические компрессора - 0,95.. .0,98.
Из представленных данных видно, что коэффициент подачи у поршневых компрессоров имеет наименьшее значение по сравнению с другими типами компрессоров. Это обусловлено конструктивными особенностями, а именно наличие клапанов и мёртвого объёма значительно снижают производительность, к тому же, ещё и подогрев газа на всасывании. В остальных же типах компрессоров снижение производительности связано с утечками газа, однако с этим фактором успешно борются, применяя быстроходные приводы, что приводит к столь впечатляющим результатам - коэффициент подачи более 0,9.
Таким образом, актуальной задачей совершенствования поршневых компрессоров является повышение коэффициента подачи до значений характерных для наиболее прогрессивных типов компрессоров обладающих наилучшими значениями по данному параметру.
Как известно из теории на коэффициент подачи поршневых компрессоров влияют основные 5 факторов: наличие мёртвого объёма, дроссельные потери во всасывающих клапанах, подогрев газа на всасывании, утечки и наличие влаги во всасываемом газе.
Можно отметить, что наличие влаги как фактор не будет рассмотрен в данной работе в виду небольшого влияния и возможности устранения данного фактора при осушке всасываемого газа.
Рассмотрим первый из факторов - влияние мёртвого объёма.
Известны решения, в которых для уменьшения линейного и кольцевого мёртвого пространства применяются поршневые кольца Г - образного сечения и эластомерный диск на торцевой поверхности цилиндра (см. рисунок 1). Статистические данные показывают, что линейный мертвый объём составляет до 75%, кольцевой до 20%, а мёртвый объём в проточках клапанов до 5% от общего мёртвого объёма [1-4]. Соответственно если принять относительный мертвый объём равный ат=0,1, то применение перспективных конструктивных решений позволит снизить его до - значения:
ат'= 0,05*0,1=0,005 (1)
При этом приняв показатель политропы равный 1,08 [5,6], характерный для тихоходных поршневых машин [7] при значениях отношения давлений в ступени 3 . 5 и используя известную зависимость
Р
К = 1-ат(( РТ )'"П-1)' (2)
ес
получаем значение ^0=0,98.0,99.
Известия ТулГУ. Технические науки. 2023. Вып. 11
Известны также тихоходные квазиизотермические ступени с интенсивным внешним охлаждением, в которых коэффициент подогрева (Ат) составляет 0,98 [8]. В существующих быстроходных ступенях коэффициент подогрева составляет приблизительно 0,96 [2].
Дроссельные потери (Адр) в тихоходных машинах составляют до 0,98 [8] при этом в существующих быстроходных машинах достигает значения 0,96[2].
Соответственно коэффициент учитывающий герметичность рабочей камеры (Апл) находится в пределах 0,96 для быстроходных машин, а для тихоходных значительно зависит от отношения давлений в ступени и изменяется от 0,8 до 0,6 при средних давлениях, для отношения давлений в ступени равное 5 можно принять его 0,96.
Тогда прогнозный коэффициент подачи для поршневых машин может составить:
Л= Я0 •Ят -Хдр • Япл (3)
тогда
Л = 0,98 • 0,98 • 0,98 • 0,96 = 0,9
Таким образом внедрив достижения тихоходных машин можно для "привычных" степеней повышения давления достигнуть коэффициента подачи 0,9.. .0,93.
Список литературы
1.Объёмные компрессоры: Атлас конструкций / Г. А. Поспелов, П. И. Пластинин, А. И. Шварц [и др.] ; под общ.ред. Г. А. Поспелова. М.: Машиностроение, 1994. 120 с.
2.Пластинин П.И. Поршневые компрессоры. Москва: Колос, 2000. Т. 1. 456 с.
3.Френкель М.И. Поршневые компрессоры: теория, конструкции и основы проектирования. 3-е издание, переработанное и дополненное. Издательство Л.: Машиностроение, 1969. 744 с.
4.Поршневые компрессоры / Б.С. Фотин, И.Б. Пирумов, И. К. Прилуцкий, П.И. Пластинин; Под общ. ред. Б.С. Фотина. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1987. 372 с.
5.Юша В.Л., Бусаров С.С. Экспериментальная оценка индикаторного коэффициента подачи поршневой длинноходовой компрессорной ступени // Компрессорная техника и пневматика. 2020. № 3. С. 39-41.
6.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: 10.25206/2588-0373-2020-41-15-22.
7.Юша В.Л., Бусаров С.С. 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.
8.Бусаров С.С., Юша В.Л. Методика расчёта действительной производительности одноступенчатых длинноходовых поршневых компрессоров // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2020. Т. 4, №4. С. 9-15.
Бусаров Сергей Сергеевич, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Омск, Омский государственный технический университет,
Недовенчаный Алексей Васильевич, канд. техн. наук, старший преподаватель, Россия, Омск, Омский государственный технический университет,
Бакулин Константин Александрович, бакалавр, Россия, Омск, Омский государственный технический университет,
Синицин Никита Глебович, магистрант, Россия, Омск, Омский государственный технический университет
PROSPECTS FOR IMPROVING THE PERFORMANCE OF RECIPROCATING COMPRESSORS S.S. Busarov, A.V. Nedovenchanny, K.A. Bakulin, N.G. Sinitsin
Research has shown that reciprocating compressors occupy the last place among volumetric machines in terms of performance. The paper considers the possibility of increasing the productivity of reciprocating machines to ensure real competition in this parameter with other types of machines. The main results were based on achievements related to low-speed reciprocating machines, which allowed us to demonstrate the potential possibility of increasing the feed rate of reciprocating compressors to 0.9...0.93.
Key words: reciprocating compressor, low-speed machine, feed ratio.
Busarov Sergey Sergeevich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Omsk, Omsk State Technical University,
Nedovenchany Alexey Vasilyevich, candidate of technical sciences, senior lecturer, Russia, Omsk, Omsk State Technical University,
Bakulin Konstantin Alexandrovich, bachelor's degree, Russia, Omsk, Omsk State Technical University,
Nikita Glebovich Sinitsin, undergraduate, Russia, Omsk, Omsk State Technical University
