Авторы

Влияние подвижности стенки щели на течение газа в радиальном зазоре "поршневое кольцо – зеркало цилиндра" компрессора

DOI: 10.17586/1606-4313-2020-19-2-19-25
УДК 621.512

Влияние подвижности стенки щели на течение газа в радиальном зазоре "поршневое кольцо – зеркало цилиндра" компрессора

Пронин В. А., Цветков В.А., Молодова Ю. И., Жигновская Д.В.

Ссылка для цитирования: Пронин В.А., Цветков В.А., Молодова Ю.И., Жигновская Д.В. Влияние подвижности стенки щели на течение газа в радиальном зазоре "поршневое кольцо – зеркало цилиндра" компрессора // Вестник Международной академии холода. 2020. № 2. С.19-25

Аннотация
Приводятся предпосылки к проведению расчетов протечек в уплотнительных узлах поршневого компрессора с учетом подвижности стенок щели «поршневое кольцо-зеркало цилиндра». Разработана математическая модель массообмена в поршневом уплотнении. На сегодняшний день известна математическая модель рабочего процесса в уплотнении поршня кольцами, основанная на использовании уравнений термодинамики переменной массы, а также система дифференциальных уравнений, описывающих стационарное ламинарное течение реального газа в узкой сухой щели с неподвижными стенками. Расчет протечек и перетечек, проводимый без учета подвижности канала «поршневое кольцо-цилиндр», может быть откорректирован для получения более точных результатов. В процессе работы компрессора поршень совершает возвратно-поступательное движение, а также имеет место перепад давлений в радиальной щели. Данные обстоятельства необходимо учесть, а именно знакопеременное движение стенки (уплотнительного кольца) и напорный характер движения газа в рассматриваемом зазоре. Они будут влиять на распределение скоростигаза, а также на расход газа через поршневое кольцо.

Ключевые слова: поршневой компрессор, утечки, перетечки, поршневые кольца, течение газа, массообмен, скорость газа, расход газа, вязкость, перепад давления, подвижность, математическая модель.

Список литературы

1. Фотин Б.С., Пирумов И.Б., Прилуцкий И.К., Пластинин П.И.Поршневые компрессоры. Л.: Машиностроение, 1987. 872 с.

2. Захаренко В.П.Основы теории уплотнений и создание поршневых компрессоров без смазки: дис... д.т.н.: 05.04.03, 05.04.06. СПб, 2001. 341 с.

3. Кузнецов Л.Г.Разработка и создание поршневых компрессорных и расширительных машин с сухим картером: дис... д. т. н.: 05.04.03. СПб., 2001. 379 с.

4. Прилуцкий А.А.Совершенствование поршневых детандер-компрессорных агрегатов: дис...к.т.н.: 05.04.03, 05.04.06. СПб, 2005. 210 с.

5. Маковеева А.С. Совершенствование рабочих процессов и методики расчета поршневых компрессоров:дис...к.т.н.: 05.04.03. СПб, 2019. 207 с.

6. Кузнецов Л.Г., Иванов Д.Н., Молодова Ю.И., Берлин Е.А., Прилуцкий А.А. Оценка герметичности компрессорных ступеней с учетом износа уплотнений поршней при эксплуатации // Холодильная техника. 2004. № 3. С. 28-31.

7. Прилуцкий И.К., Арсеньев И.А., Молодов М.А., Прилуцкий А.А., Шевцова А.И.Газовый поршневой детандер низкого давления // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия: «Холодильная техника и кондиционирование». 2015. № 3 (19). С. 52-65.

8. Deng Y., Liu Y., Li F., Tian P., Miao N.Research on sealing performance in high pressure oil-free miniature air compressor //ASME/BATH 2017 Symposium on Fluid Power and Motion Control. – American Society of Mechanical Engineers Digital Collection, 2017.

9. Y. Qi, X. Meng, D. Mu, Y. Sun, H. Zhang. Study on mechanism and factors affecting the gas leakage through clearance seal at nano-level by molecular dynamics method // Energy. 2016. No. 102. pp. 252-259.

10. Braga V.M., Deschamps C.J.Numerical analysis of gas leakage in the piston-cylinder clearance of reciprocating compressors considering compressibility effects // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. IOP Publishing, 2017. Vol. 232. No. 1. p. 012006.

11. Yang B., Ziviani D., Groll E.A.Comprehensive model of a hermetic reciprocating compressor // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. IOP Publishing, 2017. Vol. 232. No. 1. p. 012007.

12. Ден Г.Н.Введение в термогазодинамику реальных газов. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1998. 139 с.

13. Пронин В.А.Винтовые однороторные компрессоры для холодильной техники и пневматики: дис... д. т. н.: 05.04.03. СПб., 1998. 226 с.

14. Демихов К.Е., Никулин Н.К., Свичкарь Е.В. Расчет параметров течения газа в тонких каналах с подвижной стенкой // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия: «Машиностроение». 2009. № 4. С. 19-27.

15. Сметанников О.Ю., Поносов Н.П. Исследование газодинамического нестационарного потока с подвижными границами в ANSYS CFX // Научно-технический вестник Поволжья. 2012. №5. С. 45-49.

16. ДемиховК.Е.Молекулярныепотокиввысоковакуумныхсистемах: учеб. пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2013. 105 с.

17. Сметанников О.Ю., Ильиных Г.В. Об одном способе исследования высокоскоростного течения газа в области с подвижными стенками // Научно-технический вестник Поволжья. 2015. № 5. С. 43-46.

18. Spille-Kohoff A., Hetze F., Du Toit B. Transient CFD Co-Simulation of a 3D Compressor Model in its 1D System Environment // ASME Turbo Expo 2019: Turbomachinery Technical Conference and Exposition. – American Society of Mechanical Engineers Digital Collection. 2019.

19. Zhang J.W.,WuY.R.,Hsieh S.H., HuangC.S.Use of CFD to Investigate Flow Characteristics and Oil Distribution Inside an Oil-injected Screw Compressor // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – IOP Publishing, 2019. Vol. 604. No. 1. p. 012016.

20. Sezal I., Chen N., Aalburg C.Introduction of circumferentially nonuniform variable guide vanes in the inlet plenum of a centrifugal compressor for minimum losses and flow distortion // Journal of Turbomachinery. 2016. Vol. 138. No. 9. p. 091008.

21. Пластинин П.И.Поршневые компрессоры. Том 2. Основы проектирования. Конструкции. – 3-е изд., перераб. и доп. М.: КолосС, 2008. 711 с.

22. Прилуцкий И.К. Разработка, исследование и создание компрессоров и детандеров для криогенной техники:дис... д.т.н.: 05.04.03, 05.04.06. СПб, 1991. 510 с.

Читать статью полностью