Методика предварительной оценки показателя политропы процесса сжатия поршневого компрессора по средней температуре деталей цилиндропоршневой группы, геометрическим и эксплуатационным параметрам

Предложена методика определения показателя политропы процесса сжатия при постоянной и переменной массах рабочего тела, основанная на интегральных уравнениях равенства количества отведенной теплоты в процессе сжатия, определенного через показатель политропы и уравнения Ньютон — Рихмана. Проведен численный эксперимент, который позволил установить, что наибольшее влияние на показатель политропы процесса сжатия оказывает средняя температура поверхности стенок деталей цилиндропоршневой группы. Отношение давления нагнетания к давлению всасывания и число оборотов коленчатого вала примерно одинаково влияют на этот показатель, но существенно меньше, чем средняя температура. Влияние отношения полного хода поршня к диаметру еще меньше, чем от указанных параметров, но больше, чем от радиального зазора в цилиндропоршневой группе, что позволило исключить его из рассмотрения. Используя планирование эксперимента в виде латинского гиперкуба и метод наименьших квадратов, построен полином второй степени с корреляционными членами, позволяющий достаточно точно определять показатель политропы процесса сжатия в зависимости от средней температуры поверхности стенок цилиндропоршневой группы, отношения давления нагнетания к давлению всасывания, числа оборотов коленчатого вала и отношения полного хода к диаметру цилиндра. Полученные результаты могут быть использованы как при проектировании поршневых компрессоров, так и при их эксплуатации.
EDN: GDWHXC, https://elibrary/gdwhxc

Литература

[1] Пластинин П.И. Поршневые компрессоры. Т. 1. Теория и расчет. Москва, КолосС, 2000. 456 с.

[2] Фотин Б.С., Пирумов И.Б., Прилуцкий И.К. и др. Поршневые компрессоры. Ленинград, Машиностроение, 1987. 372 с.

[3] Щерба В.Е. Рабочие процессы компрессоров объемного действия. Москва, Наука, 2008. 318 с.

[4] Щерба В.Е., Болштянский А.П., Шалай В.В. и др. Насос-компрессоры. Москва, Машиностроение, 2013. 367 с.

[5] Shcherba V.E., Pavlyuchenko E.А., Nosov E.Yu. et al. Approximation of the compression process to isothermal in a reciprocating compressor with a liquid piston. Appl. Therm. Eng., 2022, vol. 207, art. 118151, doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2022.118151

[6] 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

[7] 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.

[8] 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

[9] Френкель М.И. Поршневые компрессоры. Москва, Машиностроение, 1969. 744 с.

[10] Пластинин П.И., Щерба В.Е. Рабочие процессы объемных компрессоров со впрыском жидкости. Москва, ВИНИТИ, 1996. 153 с.

[11] Jin Y., Guo Y., Zhang S.et al. Study on the dynamic characteristics of the free piston in the ionic liquid compressor for hydrogen refuelling stations by the fluid-structure interaction modelling. Int. J. Hydrog. Energy, 2023, vol. 48, no. 65, pp. 25410–25422, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.03.202

[12] Ye J., Du Z., Xie J. et al. Transient flow performance and heat transfer characteristic in the cylinder of hydraulic driving piston hydrogen compressor during compression stroke. Int. J. Hydrog. Energy, 2023, vol. 48, no. 19, pp. 7072–7084, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.06.319

[13] Guo Y., Wang T., Liu X. et al. Mathematical modelling and design of the ionic liquid compressor for the hydrogen refuelling station. Int. J. Energy Res., 2022, vol. 46, no. 13, pp. 19123–19137, doi: https://doi.org/10.1002/er.8224

[14] Zhou H., Dong P., Zhu S. et al. Design and theoretical analysis of a liquid piston hydrogen compressor. J. Energy Storage, 2021, vol. 41, art. 102861, doi: https://doi.org/10.1016/j.est.2021.102861

[15] Башта Т.М., Руднев С.С., Некрасов Б.Б. и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. Москва, Машиностроение, 1982. 423 с.

[16] Iman R.L., Helton J.C., Campbell J.E. An approach to sensitivity analysis of computer models: Part I — Introduction, input variable selection and preliminary variable assessment. J. Qual. Technol., 1981, vol. 13, no. 3, pp. 174–183, doi: https://doi.org/10.1080/00224065.1981.11978748

[17] Iman R.L. Latin hypercube sampling. In: Encyclopedia of quantitative risk analysis and assessment. Wiley, 2008, doi: https://doi.org/10.1002/9780470061596.risk0299