Качественный анализ результатов экспериментальных исследований нагрева и охлаждения деталей цилиндропоршневой группы поршневого компрессора с регенеративным теплообменом

По результатам анализа охлаждения поршневых компрессоров выявлено, что использование регенеративного теплообмена в поршневой гибридной энергетической машине объемного действия позволяет существенно улучшить охлаждение компримируемого газа за счет сокращения термического сопротивления разделительной стенки. Также определено, что время нагрева деталей цилиндропоршневой группы и время их охлаждения являются одними из наиболее значимых параметров такой машины. На основании результатов качественного анализа установлено, что при ее работе в компрессорном режиме зависимость температуры деталей цилиндропоршневой группы при нагреве имеет параболический характер, наиболее нагретой частью рабочей камеры является верхняя часть цилиндра, время нагрева находится в пределах 900 с. Частота вращения коленчатого вала при нагреве деталей цилиндропоршневой группы оказывает более значимое влияние (примерно в 2 раза), чем давление нагнетания компримируемого газа. При работе в насосном режиме зависимость деталей цилиндропоршневой группы от времени охлаждения носит гиперболический характер, время охлаждения составляет 80…90 с, что в 10 раз меньше времени нагрева. С увеличением частоты вращения время охлаждения уменьшается вследствие интенсификации коэффициента теплообмена между разделительной стенкой и охлаждающей жидкостью в рабочей камере. Полученные результаты могут быть использованы при проведении оптимизации времени работы поршневой гибридной энергетической машине объемного действия с регенеративным теплообменом как в компрессорном режиме, так и в насосном, что существенно сократит время расчетов.
EDN: OVTZVV, https://elibrary/ovtzvv

Литература

[1] Пластинин П.И. Поршневые компрессоры. Т. 1. Теория и расчет. Москва, КолосC, 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] Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. Москва, Энергия, 1975. 488 с.

[5] Кушнырев В.И., Лебедев В.И., Павленко В.А. Техническая термодинамика и теплопередача. Москва, Стройиздат, 1986. 464 с.

[6] Scherba V.E., Grigoriev A.V. Analysis of efficiency of various methods of compressible gas cooling in piston compressors with variation of key operating parameters. Chem. Petrol. Eng., 2022, vol. 58, no. 7–8, pр. 557–564, doi: https://doi.org/10.1007/s10556-023-01129-0

[7] Пластинин П.И., Щерба В.Е. Рабочие процессы объемных компрессоров со впрыском жидкости. Москва, ВИНИТИ, 1996. 154 с.

[8] Воропай П.И. Эффективный способ охлаждения воздуха в поршневых компрессорах. Промышленная энергетика, 1963, № 12, с. 24–29.

[9] Ходырев А.И., Муленко В.В., Гацолаев О.С. Влияние впрыска жидкости на рабочий процесс поршневого компрессора. Москва, 1986. 9 с.

[10] Слободянюк Л.И., Гогин Ю.Н. Охлаждение компрессора впрыском воды в цилиндр. Известия вузов. Энергетика, 1961, № 9, с. 62–66.

[11] Берман Я.А., Булыгин В.Г., Рафалович А.П. О влиянии испарительного охлаждения газа на изотермный к.п.д. компрессора. Сумы, ВНИИкомпрессормаш, 1977, с. 77–80.

[12] 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

[13] 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.

[14] 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: https://doi.org/10.3103/S1068798X23080300

[15] Shcherba V.E., Khodoreva E.V. Calculation of cooling process for walls in a working chamber of positive displacement hybrid reciprocating power machine with regenerative heat exchange based using heat balance equation. Chem. Petrol. Eng., 2023, vol. 59, no. 5–6, pp. 489–497, doi: https://doi.org/10.1007/s10556-024-01266-0

[16] 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: https://doi.org/10.18698/0536-1044-2022-10-96-102

[17] 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

[18] Khait A., Shcherba V., Nosov E. Numerical and experimental investigation of the hybrid piston compressor using the novel multi-time-scale OpenFOAM®-based model. Appl. Therm. Eng., 2024, vol. 249, art. 123448, doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2024.123448

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