Результаты термометрирования рабочей полости роторного компрессора внутреннего сжатия Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

А. Г. Сайфетдинов, М. С. Хамидуллин, И. Г. Хисамеев

РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕРМОМЕТРИРОВАНИЯ РАБОЧЕЙ ПОЛОСТИ РОТОРНОГО КОМПРЕССОРА ВНУТРЕННЕГО СЖАТИЯ

Ключевые слова: Роторный компрессор внутреннего сжатия, температуры газа и стенок.

Работа посвящена анализу результатов экспериментального определения температур газа в рабочей полости и стенок роторного компрессора с внутренним сжатием.

Keys words: Rotary compressor of internal squeezing, temperatures of gas and walls.

Work is devoted the assaying of results of experimental definition of temperatures of gas in a working cavity and walls of rotary compressor with internal squeezing.

Данная работа посвящена более полному исследованию процесса теплообмена в рабочей полости роторного компрессора внутреннего сжатия (РКВнС). Схема конструкции компрессора, расположение измерительных датчиков, методики термо-метрирования и обработки результатов измерений представлены в работах [1, 2].

Рассмотрим результаты измерения температур теплообменных поверхностей и газа в рабочей полости РКВнС для различных режимов работы, а также проведем их анализ.

На рис. 1 и 2 показаны распределения температур внутренней (1) и наружной 1 нар.ст (2)

стенок компрессора по угловой координате статоров основной полости (ф ст1) и полости нагнетания

( фст2 ).

Рис. 1 - Зависимости 1 - 1внст = 1(фст) и 2 -1 нар.ст = ^фст ) при п = 2000 об/ мин и

П = 1,4 * 1,8

Из графиков видно, что с повышением П при постоянной частоте вращения роторов температура стенок компрессора увеличивается, поскольку растет температура газа (рис. 1). Можно проследить, что с увеличением П рост температур стенки по Фст1 происходит более интенсивно. Так, например, на фст1 = 0° увеличение П на 0,1 приводит к росту температуры внутренней и наружной стенки в среднем на 18%, а на фст1 = 120° - на 22%.

С увеличением частоты вращения роторов при фиксированном П температура стенок уменьшается (рис.2).

Рис. 2 - Зависимости 1 - t

Нар.ст = ^фст ) при

n = 2000 + 3500 об / мин

вн.ст ^фст) и 2 -

П = 1,8 и

Увеличение п на 200 об / мин ведет к

уменьшению температур стенок примерно на 4%. Это можно объяснить тем, что с увеличением частоты вращения роторов снижается относительная доля щелевых перетечек газа. Это ведет к снижению температуры газа, а значит и снижению температуры стенок.

Температурный градиент в поперечном сечении стенки непостоянен по угловой координате статора. В основной полости компрессора на стороне всасывания разница между температурой внутренней и наружной стенки минимальна. По мере увеличения угловой координаты эта разница растет, а затем принимает некоторое среднее постоянное значение. Такую закономерность можно объяснить тем, что на углах фст1 « -9° * 20° внутренняя стенка контактирует с всасываемой порцией газа с более низкой температурой. Дальнейшее увеличение температурного градиента в стенке на больших углах фст1 связано с процессом сжатия в рабочей полости,

ведущее к повышению температуры газа и, следовательно, росту температуры внутренней стенки. Также имеет место перетекание теплоты по корпусу со стороны сжатия в сторону всасывания за счет теплопроводности стенки. В полости нагнетания температурный градиент в стенке по угловой координа-

те фст2 практически постоянен. Это связано с тем, что температура газа в большем объеме данной полости имеет постоянное значение, соответствующее температуре нагнетания.

С повышением отношения давлений при постоянной частоте вращения роторов наблюдается рост температурного градиента в стенке, что связано с более высокими уровнями температур стенок. В случае увеличения частоты вращения роторов при постоянном значении П температурный градиент в стенке изменяется незначительно.

На рис. 3 и 4 приведены зависимости температуры газа 1г от угловой координаты ротора фр0т . Окончательные значения 1г получены путем

обработки экспериментальных данных с применением элементарной теории тепловой инерции [3].

Рис. 3 - Зависимость 1г = ^фрот) при

п = 2000об / мин и П = 1,4 *1,8

Рис. 4 - Зависимость 1г = 1Хфрот) при П = 1,8 и

п = 2000 * 3500 об/мин

Характер изменения температуры газа по углу поворота ротора для всех режимов остается одинаковым и, как уже отмечалось, соответствует характеру изменения давления в рабочей полости.

На начальном участке 0° < фрот < 120 ° температура

газа не меняется. Далее в конце процесса всасывания на 120°<фрот < 170° наблюдается рост температуры. Вероятно, это связано как с подогревом газа о стенки корпуса, так и влиянием протечек газа со

© А. Г. Сайфетдинов - асс. каф. холодильной техники и технологий КНИТУ, [email protected]; М. С. Хамидуллин -канд. техн. наук, доц. той же кафедры; И. Г. Хисамеев - д-р техн. наук, проф., зав. каф. холодильной техники и технологий КНИТУ.

стороны нагнетания через радиальные, торцевые и профильные зазоры. На участке сжатия (171° < фрот < 229°) имеет место повышение V до

максимального значения, вызванное пережатием газа. Дальнейшее понижение температуры связано с выхлопом пережатого газа в золотниковую полость компрессора. В процессе нагнетания наблюдается незначительное увеличение 1г при фрот « 320°, связанное с присоединением к рабочей полости рабочей камеры второго ротора, где процессы идут со смещением в 90° по угловой координате.

Режимные параметры работы РКВнС определяют величину температуры газа в рабочей полости. С увеличением П при постоянной частоте вращения роторов (рис. 3) температура газа возрастает на всех участках рабочего процесса, так как с ростом давления газа возрастает и его температура. Для режимов с большим отношением давлений на участке сжатия наблюдается более интенсивный рост температуры газа, хотя геометрическая степень сжатия РКВнС постоянна. Это можно объяснить подогревом газа о более «горячие» стенки компрессора на данных фст1 (рис.1) и более высокой температурой

газа перед началом сжатия вследствие перетечек со стороны нагнетания. Повышенное значение температуры на начальном участке рабочего процесса связано с подогревом всасываемого газа о внутреннюю поверхность стенки компрессора, температура которой с ростом П увеличивается.

С ростом частоты вращения роторов при фиксированном значении П температура газа в рабочей полости незначительно уменьшается (рис. 4). Это объясняется увеличением производительности компрессора и, следовательно, снижением относительной доли щелевых протечек газа.

Полученные результаты позволяют в дальнейшем произвести расчет тепловых потоков и коэффициентов теплоотдачи в рабочей полости РКВнС. Это представляет практический интерес при разработке математической модели рабочего процесса исследуемого компрессора.

Литература

1. Сайфетдинов, А.Г. Методика экспериментального исследования процессов в рабочей камере роторного компрессора внутреннего сжатия / А.Г. Сайфетдинов, А.Ю. Кирсанов, М.С. Хамидуллин, И.Г. Хисамеев // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2010. -№9. - С. 157-164.

2. Сайфетдинов, А.Г. Исследование теплообмена между стенками и газом рабочей полости в роторном компрессоре внутреннего сжатия / А.Г. Сайфетдинов, М.С. Хамидуллин, И.Г. Хисамеев, А.Ю. Кирсанов // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2011. - №5. - С. 27-32.

3. Ярышев, Н.А. Теоретические основы измерения нестационарных температур / Н.А. Ярышев. - «Энергия» Ленинградское отделение, 1967. - 300 с.