Разработка опытного образца поршневой гибридной энергетической машины объемного действия с регенеративным теплообменом и стенда для его исследования

Рассмотрены поршневые гибридные энергетические машины с регенеративным теплообменом, имеющие высокие массогабаритные показатели и реализующие самый эффективный способ отвода теплоты с помощью регенеративного теплообмена. На основе ранее предложенного способа работы системы жидкостного охлаждения поршневого компрессора создан опытный образец поршневой гибридной энергетической машины объемного действия с регенеративным теплообменом и стенд для его исследования. Экспериментальный стенд позволяет оперативно и точно проводить измерения как основных термодинамических параметров, оказывающих непосредственное влияние на рабочие процессы этой машины, так и ее основных интегральных характеристик. С помощью созданного опытного образца и экспериментального стенда для его исследования запланировано подтвердить результаты ранее выполненных теоретических исследований по гранту РНФ (№ 22-29-00399) и получить новые знания о работе поршневой гибридной энергетической машины объемного действия с регенеративным теплообменом.
EDN: CMEQDO, https://elibrary/cmeqdo

Литература

[1] Shcherba V.E., Bolshtyanskii A.P., Kaigorodov S.Yu. et al. Benefits of integrating displacement pumps and compressors. Russ. Engin. Res., 2016, vol. 36, no. 3, pp. 174–178, doi: https://doi.org/10.3103/S1068798X1603014X

[2] Щерба В.Е., Павлюченко Е.А., Кужбанов А.К. Математическое моделирование процессов всасывания и нагнетания поршневого насоса с газовым демпфером. Химическое и нефтегазовое машиностроение, 2013, № 7, с. 26–30.

[3] Баженов А.М., Щерба В.Е., Шалай В.В. и др. Математическое моделирование рабочих процессов поршневой гибридной энергетической машины объемного действия с щелевым уплотнением ступенчатого вида. Вестник машиностроения, 2019, № 2, с. 55–60.

[4] Щерба В.Е., Шалай В.В., Кондюрин А.Ю. и др. Разработка и исследование экспериментального образца поршневой гибридной энергетической машины. Вестник машиностроения, 2019, № 8, с. 12–17.

[5] Щерба В.Е., Тегжанов А.С., Носов Е.Ю. и др. Сравнительный анализ массогабаритных показателей бескрейцкопфной и крейцкопфной поршневых гибридных энергетических машин объемного действия. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2019, № 9, с. 88–95, doi: http://doi.org/10.18698/0536-1044-2019-9-88-95

[6] Shcherba V.E., Shalai V.V., Tegzhanov A.S. et al. Generalized comparative analysis of crosshead-free and crosshead schemes of piston hybrid power machines. J. Mech. Sci. Technol., 2020, vol. 34, no. 12, pp. 5093–5107, doi: http://doi.org/10.1007/s12206-020-1113-4

[7] Щерба В.Е., Носов Е.Ю., Тегжанов А.С. и др. Экспериментальное исследование бескрейцкопфной поршневой гибридной энергетической машины объемного действия с интенсивным охлаждением компримируемого газа. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2019, № 10, с.78–85, doi: http://doi.org/10.18698/0536-1044-2019-10-78-85

[8] Shcherba V.E., Paramonov A.M., Blinov V.N. et al. Comparative analysis of process of cooling of compressible gas in crosshead and crossheadless hybrid positive-displacement piston power machines. Chem. Petrol. Eng., 2020, vol. 55, no. 9–10, pp. 733–742, doi: http://doi.org/10.1007/s10556-020-00687-x

[9] Shcherba V.E., Aver’yanov G.S., Kalekin V.S. et al. Calculation of rational values of discharge pressures in the compressor and pump sections of a crossheadless reciprocating hybrid power machine. Chem. Petrol. Eng., 2018, vol. 54, no. 5–6, pp. 418–424, doi: http://doi.org/10.1007/s10556-018-0496-x

[10] Lobov I.E., Shcherba V.E. Development and calculation of a liquid cooling system for a piston compressor using pressure fluctuations during gas discharge. Chem. Petrol. Eng., 2016, vol. 52, no. 3–4, pp. 251–259, doi: http://doi.org/10.1007/s10556-016-0183-8

[11] Щерба В.Е., Лобов И.Э., Болштянский А.П. и др. Способ работы поршневой машины и устройство для его осуществления. Патент РФ 2592661. Заявл. 21.04.2015, опубл. 27.07.2016.

[12] Щерба В.Е., Носов Е.Ю., Павлюченко Е.А. и др. Анализ динамики движения жидкости в поршневой гибридной энергетической машине с газовым объемом на всасывании. Химическое и нефтегазовое машиностроение, 2016, № 4, с. 15–19.

[13] Щерба В.Е., Болштянский А.П., Кузеева Д.А. и др. Способ работы машины объемного действия и устройство для его осуществления. Патент РФ 2578776. Заявл. 03.04.2015, опубл. 27.03.2016.

[14] Щерба В.Е., Овсянников А.Ю., Болштянский А.П. и др. Поршневой двухцилиндровый компрессор с автономным жидкостным охлаждением. Патент РФ 2755967. Заявл. 20.11.2020, опубл. 23.09.2021.

[15] Тегжанов А.С., Щерба В.Е., Болштянский А.П. Поршневой компрессор с автономным жидкостным рубашечным охлаждением. Патент РФ 2784267. Заявл. 29.07.2022, опубл. 23.11.2022.

[16] Щерба В.Е., Овсянников А.Ю., Носов Е.Ю. и др. Анализ влияния интенсивности охлаждения двухцилиндровой одноступенчатой поршневой гибридной энергетической машины с движением жидкости под действием разряжения при всасывании на рабочие процессы и индикаторный КПД. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2020, № 11, с. 62–72, doi: http://doi.org/10.18698/0536-1044-2020-11-62-72

[17] Щерба В.Е., Аверьянов Г.С., Корнеев С.А. и др. Анализ применения различных охлаждающих жидкостей в двухцилиндровой одноступенчатой поршневой гибридной энергетической машине с движением жидкости под действием разрежения на всасывании по результатам экспериментальных исследований. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2020, № 12, с. 40–49, doi: http://doi.org/10.18698/0536-1044-2020-12-40-49

[18] Щерба В.Е., Тегжанов А.С., Орех Д.В. Анализ процесса обратного расширения в поршневой гибридной энергетической машине с двумя всасывающими клапанами. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2021, № 9, с. 77–85, doi: http://doi.org/10.18698/0536-1044-2021-9-77-85

[19] Щерба В.Е., Болштянский А.П., Азябин З.В. и др. Способ работы системы жидкостного охлаждения машины объемного действия и устройство для его осуществления. Патент РФ 2763099. Заявл. 18.03.2021, опубл. 27.12.2021.

[20] Щерба В.Е., Ходорева Е.В., Болштянский А.П. Способ работы поршневого компрессора с регенеративным охлаждением и устройство для его осуществления. Патент РФ 2801766. Заявл. 14.10.2022, опубл. 15.08.2023.

[21] Болштянский А.П., Щерба В.Е. Способ работы поршневого компрессора и устройство для его осуществления (варианты). Патент РФ 2818615. Заявл. 15.03.2023, опубл. 03.05.2024.

[22] Щерба В.Е. Методика оценки времени работы в компрессорном режиме поршневой гибридной энергетической машины объемного действия с регенеративным теплообменом. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2022, № 10, с. 96–102, doi: http://doi.org/10.18698/0536-1044-2022-10-96-102

[23] Щерба В.Е., Дорофеев Е.А. Определение диапазонов основных эксплуатационных параметров поршневой гибридной энергетической машины с регенеративным теплообменом. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2022, № 11, с. 69–77, doi: http://doi.org/10.18698/0536-1044-2022-11-69-77

[24] Shcherba V.E. Procedure for estimating the heating time of working chamber walls in a piston compressor when implementing regenerative heat exchange. Chem. Petrol. Eng., 2022, vol. 58, no. 3–4, pp. 293–300, doi: http://doi.org/10.1007/s10556-022-01090-4

[25] Shcherba V.E. Preliminary crankshaft speed assessment for a reciprocating hybrid power machine with regenerative heat transfer in compressor and pump modes. Russ. Engin. Res., 2023, vol. 43, no. 5, pp. 529–533, doi: http://doi.org/10.3103/S1068798X23050556

[26] Shcherba V.E., Khait A., Nosov E.Yu. et al. Numerical analysis of unsteady heat transfer in the chamber in the piston hybrid compressor with regenerative heat exchange. Machines, 2023, vol. 11, no. 3, art. 363, doi: https://doi.org/10.3390/machines11030363

[27] Shcherba V.E. Calculation and analysis of compression and expansion in a piston hybrid power machine with regenerative heat exchange in pump mode. Heat Mass Transfer, 2024, vol. 60, no. 2, pp. 395–404, doi: https://doi.org/10.1007/s00231-023-03435-y

[28] Пластинин П.И. Поршневые компрессоры. Т. 1. Теория и расчет. Москва, Колос, 2006. 456 с.

[29] Фотин Б.С., ред. Поршневые компрессоры. Ленинград. Машиностроение, 1987. 372 с.

[30] Shcherba V.E. Calculation and analysis of discharge and suction processes in a positive displacement hybrid reciprocating power machine with regenerative heat exchange. Chem. Petrol. Eng., 2023, vol. 59, no. 5–6, pp. 498–510, doi: http://doi.org/10.1007/s10556-024-01267-z

[31] Shcherba V.E. Operating speeds of a hybrid reciprocating power unit in compressor and pump modes. Russ. Engin. Res., 2023, vol. 43, no. 8, pp. 914–921, doi: http://doi.org/10.3103/S1068798X23080300

[32] Кулебякин В.В. Методы и приборы для измерения давления. Минск, БНТУ, 2015. 36 с.

[33] Башта Т.М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. Москва. Машиностроение, 1974. 606 с.