Научная статья на тему 'СОЗДАНИЕ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА МЕТАНОВЫХ МАЛОРАСХОДНЫХ ТИХОХОДНЫХ КОМПРЕССОРНЫХ СТУПЕНЕЙ НА ОСНОВЕ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ'

СОЗДАНИЕ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА МЕТАНОВЫХ МАЛОРАСХОДНЫХ ТИХОХОДНЫХ КОМПРЕССОРНЫХ СТУПЕНЕЙ НА ОСНОВЕ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
35
6
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ДЛИННОХОДОВОЙ ПОРШНЕВОЙ КОМПРЕССОР / РАБОЧИЕ ПРОЦЕССЫ / ИЗМЕРЕНИЕ МГНОВЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ И ДАВЛЕНИЯ ГАЗА / ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОРШНЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ / МЕТАН

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Бусаров Сергей Сергеевич, Бусаров Игорь Сергеевич, Недовенчаный Алексей Васильевич, Кобыльский Роман Эдуардович, Капелюховская Александра Александровна

В данной статье представлены результаты проведенного комплекса работ по адаптации существующей математической модели расчета рабочих процессов тихоходных компрессорных ступеней для сжатия метана и создания инженерной методики расчета производительности ступени на основании полученных экспериментальных данных.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Бусаров Сергей Сергеевич, Бусаров Игорь Сергеевич, Недовенчаный Алексей Васильевич, Кобыльский Роман Эдуардович, Капелюховская Александра Александровна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

CREATION METHODOLOGY FOR CALCULATING METHANE LOW-FLOW LOW-SPEED COMPRESSOR STAGES BASED ON DATA PROCESSING OF EXPERIMENTAL STUDY

This article presents the results of a set of works carried out to adapt the existing mathematical model for calculating the working processes of low-speed compressor stages for methane compression and to create an engineering methodology for calculating the performance of the stage based on the experimental data obtained.

Текст научной работы на тему «СОЗДАНИЕ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА МЕТАНОВЫХ МАЛОРАСХОДНЫХ ТИХОХОДНЫХ КОМПРЕССОРНЫХ СТУПЕНЕЙ НА ОСНОВЕ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ»

УДК 621.512.2

DOI: 10.25206/2588-0373-2022-6-3-40-48

создание методики расчета метановых малорасходных тихоходных компрессорных

ступеней на основе обработки данных

экспериментального исследования

С. С. Бусаров1, И. С. Бусаров1, А. В. Недовенчаный1, Р. Э. Кобыльский1, А. А. Капелюховская1, Е. В. Заушицын1, А. Е. Гаглоева1, А. Ю. Громов2

'Омский государственный технический университет, Россия, 644050, г. Омск, пр. Мира, 11 2АО НТК «Криогенная техника», Россия, 644105, г. Омск, ул. 22 Партсъезда, д. 97, корп. 1

В данной статье представлены результаты проведенного комплекса работ по адаптации существующей математической модели расчета рабочих процессов тихоходных компрессорных ступеней для сжатия метана и создания инженерной методики расчета производительности ступени на основании полученных экспериментальных данных.

Ключевые слова: длинноходовой поршневой компрессор, рабочие процессы, измерение мгновенной температуры и давления газа, экспериментальные исследования поршневых компрессоров, метан.

Введение

Метан очень широко используется в различных отраслях промышленности. В качестве топлива как в стационарных установках для получения энергии, так и в передвижных метан стал широко применяться с середины XX века как альтернатива жидким топливам за счёт своей дешевизны и экологич-ности [1, 2].

В холодильной технике применение метана возможно как низкотемпературного хладагента в каскадных холодильных машинах [3 — 5].

Транспортировка метана в газообразном виде нецелесообразна. Для эффективного его использования применяют специальные баллоны, где газ сжат до 20-25 МПа (200-250 атмосфер) [6].

Для получения таких давлений используют многоступенчатые бессмазочные компрессорные установки, имеющие до шести ступеней сжатия. Альтернативным компрессором для закачки метана в баллоны могут стать агрегаты на базе тихоходных компрессорных ступеней, где для получения давлений до 25 МПа достаточно всего двух-трех ступеней сжатия [7, 8].

В настоящее время отсутствует методика расчета таких ступеней при сжатии метана. Поэтому получение экспериментальных данных по параметрам рабочего процесса тихоходных длинноходовых поршневых ступеней при сжатии метана — актуальная задача, при решении которой и на основании полученных данных будет раработана инженерная методика расчета.

Объект исследования

Экспериментальные исследования рабочего процесса тихоходной ступени поршневого компрессора выполнены на стенде и по методике, описанной

в [9-14]. При этом обеспечивались следующие условия однозначности:

— геометрические условия: диаметр цилиндра — 0,05 м; ход поршня — 0,5 м;

— граничные условия: температура охлаждающей среды — 290 К; охлаждающая среда — вода;

— физические условия: сжимаемый газ — метан; температура газа на всасывании — 292 К, давление всасывания — 0,15...0,2 МПа, давление нагнетания — до 3 МПа; время рабочего цикла — 2-4 с.

Экспериментальные исследования

На рис. 1, 2 представлены: измерительная схема и фотография стенда.

Экспериментальный стенд работает следующим образом. После запуска гидравлической станции работает приводной гидроцилиндр, жидкость попеременно подается то в одну, то в другую полость, обеспечивая поступательное движение системы шток-поршень, переключение в гидрораспределителе осуществляется подачей сигналов с концевых датчиков (герконов). На всасывание метан подается из баллона через редуктор под давлением 0,15. 0,2 МПа. Показания, получаемые с датчиков через блок сбора данных, через усилитель выводятся на электронный осциллограф. Более подробно методика измерения с описанием датчиков и погрешностей измерения представлена в работах [10].

На рис. 3-5 представлены примеры результатов экспериментального исследования. Осциллограмма желтого цвета показывает изменение давления в рабочей камере, зеленого цвета — расход газа, а салатового цвета — температуру газа в рабочей камере.

На рис. 6-8 представлены обработанные данные экспериментального исследования по определению средней температуры нагнетаемого газа,

Рис. 1. Схема стенда Fig. 1. The scheme of the stand

коэффициента подачи и индикаторного изотермического КПД. При этом проведена верификация математической модели, созданной для моделирования тихоходных компрессорных ступеней [15].

На основании полученных экспериментальных данных было получено эмпирическое уравнение для расчёта коэффициента теплоотдачи на внутренней поверхности рабочей камеры при сжатии метана:

а = X'(p/^)0'35W°'35D0'6

(1)

Данное уравнение может быть использовано в математической модели рабочего процесса тихоходной поршневой ступени [16, 17].

Создание инженерной методики расчета

Методика расчета производительности малорасходных длинноходовых компрессорных ступеней при сжатии метана с давлением нагнетания до 3,0 МПа основана на известных принципах схематизации рабочих процессов и разделения потерь производительности. Данный метод был применен ранее при проведении работ по созданию инженерной методики расчета производительности воздушной малорасходной тихоходной поршневой ступени [18, 19].

Метод определение коэффициента подачи основан на известной зависимости [6]:

X — X • X • X • XD X„..

о др Т ВЛ ПЛ'

^ „ = 1 " am

"а т m -;

(2)

где Хо — объемный коэффициент, Хр — коэффициент дросселирования, ХТ — коэффициент подогрева, ХВЛ — коэффициент влажности, Хпл — коэффициент плотности.

Определение индикаторных потерь производительности

Для расчета объемного коэффициента применим существующую методику расчета [6]:

(3)

Рис. 2. Фотография стенда Fig. 2. Photo of the stand

где Рвс — давление всасывания, Па; Рн — давление нагнетания, Па; т — показатель политропы конечных параметров; ат — величина относительного мертвого объема.

В формуле (3) все величины, кроме т, задаются конструкцией и режимом работы компрессорной ступени. Показатель политропы конечных параметров т определим, используя полученные экспериментальные индикаторные диаграммы. Для этого применим известный принцип схематизации процесса обратного расширения путем замены на индикаторной диаграмме кривой действительно-

I >

О s

K о E н T ^ >О

z р

С К

о 2

41

Рис. 3. Результаты экспериментального исследования (давление и температура в рабочей камере, производительность): Рн=2 МПа времени цикла 2 с Fig. 3. Results of the experimental study (pressure and temperature in the working chamber, productivity): Pc = 2 MPa cycle time 2 s

,.U=2.64U CTTa:J= 3.56U urA = 920mU

(САпЭ Инверсия

I О < 1 0Hz След стр

С"'I.'-"- СНЗ- 1.S0U 200mU СН2-- 2.00U . М Pos! 1 - г ^j 0ms

Рис. 4. Результаты экспериментального исследования (давление и температура в рабочей камере, производительность): Рн = 1 МПа и времени цикла 4 с Fig. 4. Results of the experimental study (pressure and temperature in the working chamber, productivity): P = 1 MPa and cycle time 4 s

Рис. 5. Результаты экспериментального исследования (давление и температура в рабочей камере, производительность): Рн = 0,8 МПа и времени цикла 2 с Fig. 5. Results of the experimental study (pressure and temperature in the working chamber, productivity): Рс = 0,8 MPa and cycle time 2 s

го процесса обратного расширения, протекающего с переменным показателем политропы, на кривую с условно постоянным показателем политропы обратного расширения т; при этом для обеих кривых точки начала и окончания процесса расширения

должны совпадать [6]. В этом случае схематизированный процесс позволяет с допустимой погрешностью (приемлемой) количественно оценить действительные потери производительности, обусловленные расширением газа из мертвого объема.

IK

345335325315 305295

5 10 15 20 E

Рис. 6. Зависимость средней температуры нагнетаемого метана от степени повышения давления: 1 — время цикла 2 с; 2 — время цикла 4 с Fig. 6. Dependence of the average temperature of the injected methane on the degree of pressure increase: 1 — cycle time 2 s; 2 — cycle time 4 s

Рис. 7. Зависимость коэффициента подачи

от степени повышения давления: 1 — время цикла 2 с; 2 — время цикла 4 с Fig. 7. The dependence of the feed coefficient on the degree of pressure increase: 1 — cycle time 2 s; 2 — cycle time 4 s

Таблица 1. Индикаторный коэффициент подачи и его составляющие

Table 1. Indicator feed rate and its components

№ эксп. Рн, МПа Время цикла, с X инд X„ X др

1 0,4 3 0,97 0,98 0,99

2 0,8 4 0,96 0,97 0,985

3 1 3 0,93 0,95 0,984

4 2 2 0,93 0,95 0,981

Анализ полученных экспериментальных индикаторных диаграмм (табл. 1) позволяет для рассматриваемой области режимов работы метановой длин-ноходовой тихоходной ступени предварительно принять следующие рекомендации А = 0,2 (при этом т=1,06). Объемный коэффициент в этом случае изменяется от 0,98 до 0,95 при давлении до 3,0 МПа. При этом значения коэффициента дросселирования лежат в диапазоне 0,98...0,99.

Определение скрытых потерь производительности

Коэффициент подогрева характеризует снижение массы свежей порции всасываемого газа, заполняющего рабочую камеру поршневой в процессе всасывания, за счет его подогрева от поверхностей деталей, формирующих проточную часть ступени, и определяется как отношение температуры метана в стандартной точке всасывания к температуре метана в рабочей камере ступени в конце процесса всасывания [6]:

T

1 — вс

Аг--

I >

NI

О s

K о E н T ^ >О

z р

С К

о S îÉ

(5)

Рис. 8. Зависимость индикаторного изотермического КПД от степени повышения давления: 1 — время цикла 2 с; 2 — время цикла 4 с Fig. 8. Dependence of the indicator isothermal efficiency on the degree of pressure increase: 1 — cycle time 2 s; 2 — cycle time 4 s

Согласно известным рекомендациям для расчета показателя политропы конечных параметров можно использовать формулу [6]:

m = 1+A(k-1), где А — эмпирический коэффициент.

где Твс — температура метана в стандартной точке всасывания, Твсп — температура метрна в рабочей камере в конце процесса всасывания.

Данную составляющую коэффициента подачи целесообразно определить по результатам экспериментальных исследований, в результате которых были получены температурные диаграммы (рис. 9, 10), позволяющие определить изменение температуры метана в рабочей камере ступени в течение рабочего цикла компрессорной ступени. В табл. 2 представлены результаты обработки полученных экспериментальных данных.

Полученные экспериментальные данные позволили определить температуру газа в конце процесса всасывания и по формуле (5) рассчитать коэффициент подогрева для рассматриваемого диапазона режимных параметров.

В инженерной методике расчета традиционных поршневых ступеней сжатия формула для расчета коэффициента подогрева имеет следующий вид [6]:

1Т = 1 - B(e - 1),

(6)

(4)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

где £ц — отношение величины давления в конце процесса сжатия к величине давления в начале процесса сжатия; В — эмпирический коэффициент, величина которого при расчете быстроходных ступеней приблизительно равна 0,01 [6]. По результатам обработки экспериментальных данных, представленных в табл. 2, применительно к длинноходовым

Т

,.U=3.20U urE = 8S.0mU MfflBl= 3.28U

Источник

О < 1 0Hz

с . : 00

M p8s:HB.00irH

Рис. 9. Экспериментальная температурная диаграмма при давлении нагнетания 0,8 МПа, время цикла 3 с Fig. 9. Experimental temperature diagram at 0,8 MPa discharge pressure, cycle time 3 s

КУРСОР Режим < Ручной

акип шазий

,,U=4.56U :urE = 360iïiU ЛНЙН 4.92U

ИСТОЧНИК К4Н1

M 500ПГ.1

M Rosi v9.30ms

Рис. 10. Экспериментальная температурная диаграмма при давлении нагнетания 1,0 МПа, время цикла 3 с Fig. 10. Experimental temperature diagram at 1,0 MPa discharge pressure, cycle time 3 s

Таблица 2. Экспериментальное определение коэффициента подогрева Table 2. Experimental determination of the heating coefficient

№ эксп. Рн, МПа Время цикла, с Твс Т xt

1 0,5 4 292 294,5 0,996

2 0,8 2 292 300 0,975

3 1 3 292 307,5 0,953

4 2 4 292 321 0,91

5 3 2 292 329 0,89

тихоходным ступеням предварительно рекомендуется принимать В = 0,001.

В отличие от объемного коэффициента, коэффициента дросселирования и коэффициента подогрева, коэффициент плотности нево зможно определить по экспериментальным ищцжаторным и температурным диаграммам. Одним из путей решения данной задачи является определение коэффициента плотности по известным величинам коэффициента подачи [6] и четырех его составляющих:

X„

X„ • X„,

(7)

В этом случае суммарный коэффициент подачи (стоящий в числителе) может быть определен

как отношение величины измеренной действительной производительности к величине теоретической производительности, рассчитанной по известным основным размерам и параметрам ступени [6]. В знаменателе три коэффициента определены нами выше, а коэффициент влажности не зависит от конструктивных особенностей компрессорной ступени и определяется во всех случаях по известным термодинамическим зависимостям [6].

Некоторые результаты обработки экспериментальных данных, полученных для рассматриваемого диапазона конструктивных и режимных параметров метановой тихоходной длинноходовой компрессорной ступени, представлены в табл. 3.

Анализ этих результатов показал, что для оценки потерь производительности, учитывающих влияния

X • X

^Т ^ВЛ

Таблица 3. Определение коэффициента плотности при времени цикла т=2

Table 3. Determination of the density coefficient at cycle time т=2

£ =3 £ = 5 £ = 10 £ = 30

К 0,99 0,97 0,95 0,88

X 0,99 0,99 0,98 0,95

К 0,98 0,95 0,94 0,92

\Л 0,99 0,99 0,99 0,99

X 0,97 0,9 0,86 0,7

Кл= X/(X„XgMJ 0,99 0,99 0,98 0,9

перетечек метана через зазоры в рабочей камере коэффициент плотности удобно представить в виде следующего выражения:

Xm = 1 - £

(8)

где х — эмпирический коэффициент (для рассмотренного диапазона конструктивных и режимных параметров х = 0,003); е — отношение величины давления нагнетания к величине давления всасывания.

Выводы

Анализ и обработка результатов проведенных экспериментальных исследований позволили разработать методику расчета действительной производительности тихоходных длинноходовых метановых компрессорных ступеней сжатия, основанную на принципах схематизации рабочих процессов и разделения потерь, а также адаптировать существующую модель расчета рабочих параметров поршневой тихоходной ступени для сжатия метана.

Список источников

1. Богданов С. Н., Иванов О. П., Куприянова А. В. Холодильная техника. Свойства веществ: Справочник. Москва: Агропромиздат, 1985. 208 с.

2. Курылев Е. С., Герасимов Н. А. Холодильные установки. Ленинград: Машиностроение. Ленинградское отд., 1980. 622 с.

3. Бабакин Б. С. [и др.]. Хладагенты и их воздействие на окружающую среду // Молочная промышленность. 2016. № 6. С. 12-14.

4. Морев А. И., Ефанов В. И., Бекетов Б. А. [и др.]. Переход автотранспорта на природный газ: нормативно-справочное пособие. Москва: ИРЦ газовой промышленности, 1995. 97 с.

5. Асадов О. С., Алиев В. И. Особенности углеводородных газов и их безопасного использования // Естественные и технические науки. 2010. № 6 (50). С. 659-664.

6. Балабуха А. В., Мещук А. А., Дербичев В. С. [и др.]. Оптимизация хранения и транспортировки сжиженного природного газа на транспортном судне // Вестник Евразийской науки. 2019. Т. 11, № 4. URL: https://esj.today/PDF/12SAVN419. pdf (дата обращения: 12.04.2022).

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

8. Фотин Б. С. [и др.]. Поршневые компрессоры. Ленинград: Машиностроение, 1987. 372 с.

9. Юша В. Л., Бусаров С. С., Недовенчаный А. В., Гош-ля Р. Ю. Экспериментальное исследование рабочих процессов тихоходных длинноходовых бессмазочных поршневых компрессорных ступеней при высоких отношениях давлений нагнетания к давлению всасывания // Омский научный вест-

ник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2018. Т. 2, № 2. С. 13-18. DOI: 10.25206/2588-03732018-2-2-13-18.

10. Yusha V. L., Busarov S. S., Goshlya R. Yu., Nedovencha-nyi А. V., Sazhin B. S., Chizhikov М. А., Busarov I. S. The experimental research of the thermal conditions in slow speed stage of air reciprocating compressor // International Conference on Oil and Gas Engineering. 2016. Vol. 152. P. 297-302.

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

12. Юша В. Л., Бусаров С. С., Недовенчаный А. В. Экспериментальная оценка эффективности рабочих процессов тихоходных длинноходовых поршневых компрессорных ступеней при сжатии различных газов // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2018. № 8. С. 27-29.

13. Бусаров С. С., Недовенчаный А. В., Буханец Д. И., Щербань К. В. Верификация методики расчёта рабочих процессов бессмазочных тихоходных длинноходовых поршневых ступеней высокого давления // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2018. Т. 2, № 2. С. 19-25. DOI: 10.25206/2588-0373-20182-2-19-25.

14. Сорокин Б. И., Соколов А. Н. Уплотнительные устройства горных машин и комплексов. Москва: Недра, 1969. 128 с.

15. Бусаров С. С., Недовенчаный А. В., Титов Д. С. Методика моделирования рабочих процессов тихоходных длин-ноходовых компрессорных ступеней: свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ // Реестр программ для ЭВМ. № 2019660287 от 02.09.2019.

16. Бусаров С. С., Гошля Р. Ю., Громов А. Ю., Недовенчаный А. В., Бусаров И. С., Титов Д. С. Математическое моделирование процессов теплообмена в рабочей камере тихоходной ступени поршневого компрессора // Компрессорная техника и пневматика. 2016. № 6. С. 6-10.

17. Yusha V. L., Karagusov V. I., Busarov S. S. Modeling the work processes of slow-speed, long-stroke piston compressors // ^emical and petroleum engineering. 2015. Vol. 51, Issue 3-4. P. 177-182. DOI: 10.1007/s10556-015-0020-5.

18. Юша В. Л., Бусаров С. С. Экспериментальная оценка индикаторного коэффициента подачи поршневой длиннохо-довой компрессорной ступени // Компрессорная техника и пневматика. 2020. № 3. С. 39-41.

19. Юша В. Л., Бусаров С. С. Определение показателей политропы схематизированных рабочих процессов воздушных поршневых тихоходных длинноходовых компрессорных ступеней // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ра-кетное и энергетическое машиностроение. 2020. Т. 4, № 1. С. 15-22. DOI: 10.25206/2588-0373-2020-4-1-15-22.

БУСАРОВ Сергей Сергеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Холодильная и компрессорная техника и технология» Омского государственного технического университета (ОмГТУ), г. Омск. AuthorID (РИНЦ): 610336 AuthorID (SCOPUS): 51560987400 Адрес для переписки: bssi1980@mail.ru БУСАРОВ Игорь Сергеевич, ассистент кафедры «Холодильная и компрессорная техника и технология» ОмГТУ, г. Омск. SPIN-код: 5775-5330 AuthorID (SCOPUS): 57191038188 Адрес для переписки: habr86@mail.ru НЕДОВЕНЧАНЫЙ Алексей Васильевич, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры «Холодильная и компрессорная техника и технология» ОмГТУ, г. Омск.

I >

О s

K о E н T ^ >0 z р

С К

о 2

AuthorlD (РИНЦ): 762474 AuthorlD (SCOPUS): 57191035621 Адрес для переписки: lonewolf_rus88@mail.ru КОБЫЛЬСКИЙ Роман Эдуардович, ассистент кафедры «Холодильная и компрессорная техника и технология» ОмГТУ, г. Омск. AuthorlD (РИНЦ): 3985-1096 AuthorlD (SCOPUS): 57220077521 КАПЕЛЮХОВСКАЯ Александра Александровна, старший преподаватель кафедры «Холодильная и компрессорная техника и технология» ОмГТУ, г. Омск.

SPIN-код: 2410-8153 AuthorlD (РИНЦ): 684484 Адрес для переписки: shipunovaa@mail.ru ЗАУШИЦЫН Евгений Владимирович, магистрант гр. Хм-201 факультета элитного образования и магистратуры ОмГТУ, г. Омск.

ГАГЛОЕВА Анжелика Ефремовна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Промышленная экология и безопасность» ОмГТУ, г. Омск. SPIN-код: 1612-8089,

АиШотГО (РИНЦ): 719356

ГРОМОВ Антон Юрьевич, заместитель генерального директора по гражданской продукции АО НТК «Криогенная техника», г. Омск. Адрес для переписки: azot111@bk.ru

Для цитирования

Бусаров С. С., Бусаров И. С., Недовенчаный А. В., Ко-быльский Р. Э., Капелюховская А. А., Заушицын Е. В., Гаглое-ва А. Е., Громов А. Ю. Создание методики расчёта метановых малорасходных тихоходных компрессорных ступеней на основе обработки данных экспериментального исследования // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2022. Т. 6, № 3. С. 40 — 48. Б01: 10.25206/2588-0373-2022-6-3-40-48.

Статья поступила в редакцию 20.06.2022 г. © С. С. Бусаров, И. С. Бусаров, А. В. Недовенчаный, Р. Э. Кобыльский, А. А. Капелюховская, Е. В. Заушицын, А. Е. Гаглоева, А. Ю. Громов

UDC 621.512.2L

DOI: 10.25206/2588-0373-2022-6-3-40-48

creation methodology for calculating methane low-flow low-speed compressor stages based on data processing of experimental study

S. S. Busarov1, I. S. Busarov1, A. V. Nedovenchany1, R. E. Kobylskiy1, A. A. Kapelyukhovskaya1, E. V. Zaushitsyn1, A. E. Gagloyeva1, A. Yu. Gromov2

'Omsk State Technical University, Russia, Omsk, Mira Ave., 11, 644050 2JSC Scientific and Technical Complex «Cryogenic Technique», Russia, Omsk, 22 Parts'ezda str., bld. 97/1, 644105

i > Si

O s g o E h T x >0 o K

This article presents the results of a set of works carried out to adapt the existing mathematical model for calculating the working processes of low-speed compressor stages for methane compression and to create an engineering methodology for calculating the performance of the stage based on the experimental data obtained.

Keywords: long-stroke reciprocating compressor, operating processes, measurement of instantaneous temperature and gas pressure, experimental studies of reciprocating compressors, methane.

o S

si

References

1. Bogdanov S. N., Ivanov O. P., Kupriyanova A. V. Kholodil'naya tekhnika. Svoystva veshchestv: Spravochnik [Refrigeration technology. Item Properties: Handbook]. Moscow, 1985. 208 p. (In Russ.).

2. Kurylev E. S., Gerasimov N. A. Kholodil'nyye ustanovki [Refrigeration units]. Leningrad, 1980. 622 p. (In Russ.).

3. Babakin B. S. [et al.]. Khladagenty i ikh vozdeystviye na okruzhayushchuyu sredu [Cooling agents and their effects on the environment] // Molochnaya promyshlennost'. Dairy Industry. 2016. No. 6. P. 12-14. (In Russ.).

4. Morev A. I., Efanov V. I., Beketov B. A. [et al.]. Perekhod avtotransporta na prirodnyy gaz: normativno-spravochnoye posobiye [Transition of vehicles to natural gas: regulatory and reference manual]. Moscow, 1995. 97 p. (In Russ.).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

5. Asadov O. S., Aliyev V. I. Osobennosti uglevodorodnykh gazov i ikh bezopasnogo ispol'zovaniya [Features of hydrocarbon gases and their safe use] // Estestvennyye i tekhnicheskiye nauki. Natural and Technical Sciences. 2010. No. 6 (50). P. 659-664. (In Russ.).

6. Balabukha A. V., Meshchuk A. A., Derbichev V. S. [et al.]. Optimizatsiya khraneniya i transportirovki szhizhennogo prirodnogo gaza na transportnom sudne [Optimization of storage and transportation of liquefied natural gas on a transport vessel] // Vestnik Evraziyskoy nauki. The Eurasian Scientific Journal. 2019. Vol. 11, no. 4. URL: https://esj.today/PDF/12SAVN419.pdf (accessed: 12.04.2022). (In Russ.).

7. Plastinin P. I. Porshnevyye kompressory. V 2 t. T. 1. Teoriya i raschet [Piston compressors. In 2 vols. Vol. 1. Theory and calculation]. 3nd ed. Moscow, 2006. 456 p. ISBN 5-9532-0428-0. (In Russ.).

8. Fotin B. S. [et al.]. Porshnevyye kompressory [Piston compressors]. Leningrad, 1987. 372 p. (In Russ.).

9. Yusha V. L., Busarov S. S., Nedovenchany A. V., Gosh-lya R. Yu. Eksperimental'noye issledovaniye rabochikh protsessov tikhokhodnykh dlinnokhodovykh bessmazochnykh porshnevykh kompressornykh stupeney pri vysokikh otnosheniyakh davleniy nagnetaniya k davleniyu vsasyvaniya [Experimental study of working processes of low-speed longstroke lubrication free piston compressor stages at high discharge pressure to suction pressures] // Omskiy nauchnyy vestnik. Ser. Aviatsionno-raketnoye i

energeticheskoye mashinostroyeniye. Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering. 2018. Vol. 2, no. 2. P. 13-18. DOI: 10.25206/2588-0373-2018-2-2-13-18. (In Russ.).

10. Yusha V. L., Busarov S. S., Goshlya R. Yu., Nedovencha-nyi A. V., Sazhin B. S., Chizhikov M. A., Busarov I. S. The experimental research of the thermal conditions in slow speed stage of air reciprocating compressor // International Conference on Oil and Gas Engineering. 2016. Vol. 152. P. 297-302. (In Engl.).

11. Nedovenchanyi A. V., Yusha V. L., Busarov S. S. Experimental evaluation of the efficiency of long-stroke, low-speed 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. (In Engl.).

12. Yusha V. L., Busarov S. S., Nedovenchany A. V. Eksperimental'naya otsenka effektivnosti rabochikh protsessov tikhokhodnykh dlinnokhodovykh porshnevykh kompressornykh stupeney pri szhatii razlichnykh gazov [Experimental Evaluation of the Efficiency of Working Processes of Low-Speed Long-Stroke Reciprocating Compressor Stages in the Compression of Various Gases] // Khimicheskoye i neftegazovoye mashinostroyeniye. Chemical and Oil and Gas Engineering. 2018. No. 8. P. 27-29. (In Russ.).

13. Busarov S. S., Nedovenchany A. V., Bukhanets D. I., Scherban' K. V. Verifikatsiya metodiki rascheta rabochikh protsessov bessmazochnykh tikhokhodnykh dlinnokhodovykh porshnevykh stupeney vysokogo davleniya [Verification of procedure for calculating working processes of lubrication free low-speed long-stroke piston highpressure stages] // Omskiy nauchnyy vestnik. Ser. Aviatsionno-raketnoye i energeticheskoye mashinostroyeniye. Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering. 2018. Vol. 2, no. 2. P. 19-25. DOI: 10.25206/2588-0373-2018-2-2-19-25. (In Russ.).

14. Sorokin B. I., Sokolov A. N. Uplotnitel'nyye ustroystva gornykh mashin i kompleksov [Sealing devices of mining machines and complexes]. Moscow: Nedra Publ., 1969. 128 p. (In Russ).

15. Busarov S. S., Nedovenchany A. V., Titov D. S. Metodika modelirovaniya rabochikh protsessov tikhokhodnykh dlinnokhodovykh kompressornykh stupeney [Methodology for modeling the working processes of low-speed long-stroke compressor stages] // Reyestr programm dlya EVM. Register of Computer Programs. No. 2019660287, 02.09.2019.

16. Busarov S. S., Goshlya R. Yu., Gromov A. Yu., Nedovenchanyy A. V., Busarov I. S., Titov D. S. Matematicheskoye modelirovaniye protsessov teploobmena v rabochey kamere tikhokhodnoy stupeni porshnevogo kompressra [Mathematical modeling of heat transfer processes in the working chamber of a slow-speed piston compressor stage] // Kompressornaya tekhnika i pnevmatika. Compressor Engineering and Pneumatics. 2016. No. 6. P. 6-10. (In Russ.).

17. Yusha V. L., Karagusov V. I., Busarov S. S. Modeling the work processes of slow-speed, long-stroke piston compressors // Chemical and petroleum engineering. 2015. Vol. 51, Issue 3-4. P. 177-182. DOI: 10.1007/s10556-015-0020-5. (In Engl.).

18. Yusha V. L., Busarov S. S. Eksperimental'naya otsenka indikatornogo koeffitsiyenta podachi porshnevoy dlinnokhodovoy kompressornoy stupeni [Experimental evaluation of the indicator feed rate of a long-stroke pistons compressors stage] // Kompressornaya tekhnika i pnevmatika. Compressors and Pneumatics. 2020. No. 3. P. 39-41. (In Russ.).

19. Yusha V. L., Busarov S. S. Opredeleniye pokazateley politropy skhematizirovannykh rabochikh protsessov vozdushnykh porshnevykh tikhokhodnykh dlinnokhodovykh kompressornykh stupeney [Determination of polytropic indicators of schematized working processes of air piston slowmoving long-stroke compressor stages] // Omskiy nauchnyy vestnik. Ser. Aviatsionno-raketnoye i energeticheskoye mashinostroyeniye. Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering. 2020. Vol. 4, no. 1. P. 15-22. DOI: 10.25206/2588-0373-2020-4-1-15-22. (In Russ.).

BUSAROV Sergey Sergeyevich, Candidate of Technical Sciences, Assosiate Professor of Refrigeration and Compressor Equipment and Technology Department, Omsk State Technical University (OmSTU), Omsk. AuthorlD (RSCI): 610336 AuthorlD (SCOPUS): 51560987400 Correspondence address: bssi1980@mail.ru BUSAROV Igor Sergeyevich, Assistant of Refrigeration and Compressor Equipment and Technology Department, OmSTU, Omsk. AuthorlD (RSCI): 966534 AuthorlD (SCOPUS): 57191038188 Correspondence address: habr86@mail.ru NEDOVENCHANY Aleksey Vasilievich, Candidate of Technical Sciences, Senior Lecturer of Refrigeration and

Compressor Equipment and Technology Department, OmSTU, Omsk. AuthorlD (RSCI): 762474 AuthorlD (SCOPUS): 57191035621 Correspondence address: lonewolf_rus88@mail.ru KOBYLSKIY Roman Eduardovich, Assistant of Refrigeration and Compressor Equipment and Technology Department, OmSTU, Omsk. AuthorlD (RSCI): 3985-1096 AuthorlD (SCOPUS): 57220077521 KAPELYUKHOVSKAYA Aleksandra Aleksandrovna, Senior Lecturer of Refrigeration and Compressor Equipment and Technology Department, OmSTU, Omsk.

SPIN-code: 2410-8153 AuthorID (RSCI): 684484

Correspondence address: shipunovaa@mail.ru ZAUSHITSYN Evgeniy Vladimirovich, Undergraduate gr. Xm-201 of Elite Education and Master's Degree Program Faculty, OmSTU, Omsk.

GAGLOEVA Anzhelika Efremovna, Candidate of Technical Sciences, Assosiate Professor of Industrial Ecology and Safety Department, OmSTU, Omsk. SPIN-code: 1612-8089, AuthorlD (RSCI): 719356

GROMOV Anton Yuryevich, Deputy General Director for Civilian Products of Scientific and Technical Complex «Cryogenic technique» JSC, Omsk. Correspondence address: azot111@bk.ru

For citations

Busarov S. S., Busarov I. S., Nedovenchany A. V., Kobyl-skiy R. E., Kapelyukhovskaya A. A., Zaushitsyn E. V., Gagloyeva A. E., Gromov A. Yu. Creation methodology for calculating methane low-flow low-speed compressor stages based on data processing of experimental study // Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering. 2022. Vol. 6, no. 3. P. 40-48. DOI: 10.25206/2588-0373-2022-6-3-40-48.

Received June 20, 2022.

© S. S. Busarov, I. S. Busarov, A. V. Nedovenchany,

R. E. Kobylskiy, A. A. Kapelyukhovskaya, E. V. Zaushitsyn, A. E. Gagloyeva, A. Yu. Gromov

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.