Разработка математической модели несмазываемой компрессорной ступени роторно-пластинчатого типа с новой трибологической схемой

Предложена конструкция несмазываемой компрессорной ступени роторно-пластинчатого типа с новой трибологической схемой, отличающаяся тем, что ее уплотнительные пластины содержат выступы, которыми опираются на разгрузочные подшипники качения, размещенные в торцевых крышках цилиндра. Приведены результаты экспериментального исследования потерь мощности на трение в новой и традиционной ступенях. Разработана математическая модель расчета потерь мощности на трение в несмазываемой компрессорной ступени роторно-пластинчатого типа с новой трибологической схемой. Погрешность расчета не превышала 10 %. Анализ результатов расчетного и экспериментального исследований показал, что потери мощности на трение в рабочей камере нового несмазываемого роторно-пластинчатого компрессора в диапазоне частот вращения ротора 1000…3700 мин–1 в 4–20 раз меньше, чем у аналога традиционного исполнения.
EDN: MJCWSB, https://elibrary/mjcwsb

Литература

[1] Murthy A.A., Norris S., Subiantoro A. Performance of a four-intersecting-vane expander in a R134a refrigeration cycle. Appl. Therm. Eng., 2022, vol. 209, no. 5, art. 118244, doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2022.118244

[2] Gu H., Chen J., Wu J. et al. impact of discharge port configurations on the performance of sliding vane rotary compressors with a rotating cylinder. Appl. Therm. Eng., 2021, vol. 186, no. 5, art. 116526, doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2020.116526

[3] Rufer A. A high efficiency pneumatic drive system using vane-type semi-rotary actuators. Facta Univ., Electron. Energ., 2021, vol. 34, no. 3, pp. 415–433, doi: https://doi.org/10.2298/FUEE2103415R

[4] Bianchi G., Fatigati F., Murgia S. et al. Design and analysis of a sliding vane pump for waste heat to power conversion systems using organic fluids. Appl. Therm. Eng., 2017, vol. 124, pp. 1038–1048, doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.06.083

[5] Bianchi G., Rane S., Fatigati F. et al. Numerical CFD simulations and indicated pressure measurements on a sliding vane expander for heat to power conversion applications. Designs, 2019, vol. 3, no. 3, art. 31, doi: https://doi.org/10.3390/designs3030031

[6] Jeon H.G., Oh S.D., Lee Y.Z. Friction and wear of the lubricated vane and roller materials in a carbon dioxide refrigerant. Wear, 2009, vol. 267, no. 5-8, pp. 1252–1256, doi: https://doi.org/10.1016/j.wear.2008.12.097

[7] Aradau D., Costiuc L. Friction power in sliding vane type rotary compressors. Int. Compressor Eng. Conf., 1996, paper 1357, URL: https://docs.lib.purdue.edu/icec/1357

[8] Hu Y., Xu J., Wan P. et al. A study on novel high efficiency vane compressor. Int. Compressor Eng. Conf., 2018, art. 2601, doi: https://docs.lib.purdue.edu/icec/2601

[9] Vodicka V., Novotny V., Mascuch J. Wear behaviour of vanes for a rotary vane expander with various graphite materials under dry sliding conditions. Acta Polytech., 2018, vol. 58, no. 5, pp. 315–322, doi: https://doi.org/10.14311/AP.2018.58.0315

[10] Davim J.P., Cardoso R. Effect of the reinforcement (carbon or glass fibres) on friction and wear behaviour of the PEEK against steel surface at long dry sliding. Wear, 2009, vol. 266, no. 7-8, pp. 795–799, doi: https://doi.org/10.1016/j.wear.2008.11.003

[11] Elliott D.M., Fisher J., Clark D.T. Effect of counterface surface roughness and its evolution on the wear and friction of PEEK and PEEK-bonded carbon fibre composites on stainless steel. Wear, 1998, vol. 217, no. 2, pp. 288–296, doi: https://doi.org/10.1016/s0043-1648(98)00148-3

[12] Murgia S., Valenti G., Contaldi G. et al. Experimental investigation on materials and lubricants for sliding-vane air compressors. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci., 2015, vol. 90, art. 012039, doi: https://doi.org/10.1088/1757-899X/90/1/012039

[13] Bianchi G.R., Cipollone R. Theoretical modeling and experimental investigations for the improvement of the mechanical efficiency in sliding vane rotary compressors. Appl. Energy, 2015, vol. 142, pp. 95–107, doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2014.12.055

[14] Bianchi G., Cipollone R. Friction power modeling and measurements in sliding vane rotary compressors. Appl. Therm. Eng., 2015, vol. 84, pp. 276–285, doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2015.01.080

[15] Choo W.C., Ooi K.T. Analysis of the novel multi-vane Revolving Vane compressor — investigation of vane chattering phenomenon through instantaneous working chamber pressure measurements. Int. J. Refrig., 2022, vol. 134, pp. 207–218, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2021.11.020

[16] Al-Hawaj O., Refrig J. Theoretical modeling of sliding vane compressor with leakage. Int. J. Refrig., 2009, vol. 32, no. 7, pp. 1555–1562, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2009.07.005

[17] Shakya P., Ooi K.T. Introduction to Coupled Vane compressor: Mathematical modelling with validation. Int. J. Refrig., 2020, vol. 117, pp. 23–32, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2020.01.027

[18] Edwards T.C., McDonald A.T. Analysis of mechanical friction in rotary vane machines. Int. Compressor Eng. Conf., 1972, paper 38. URL: https://docs.lib.purdue.edu/icec/38

[19] Tojo X., Kan T., Arai A. Dynamic behavior of sliding vane in small rotary compressors. Int. Compressor Eng. Conf., 1978, paper 242. URL: https://docs.lib.purdue.edu/icec/242

[20] Badr O., Probert S.D., Callaghan P.W.O’ Multi-vane expanders: internal-leakage losses. Appl. Energy, 1985, vol. 20, no. 1, pp. 1–46, doi: https://doi.org/10.1016/0306-2619(85)90033-9

[21] Головинцов А.Г., ред. Ротационные компрессоры. Москва, Машиностроение, 1964. 315 с.

[22] Сакун И.А. Винтовые компрессоры. Основы теории, расчет, конструкция. Ленинград, Машиностроение, 1970. 400 с.

[23] Райковский Н.А., Калашников А.М. Экспериментальное исследование энергетической эффективности новой трибологической схемы несмазываемой компрессорной ступени роторно-пластинчатого типа. Компрессорное оборудование и ГТУ для газотранспортной системы. Санкт-Петербург, Политех-Пресс, 2023, с. 72–81.