Разработка и исследование тихоходных компрессоров малых холодильных машин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Капелюховская Александра Александровна

• Капелюховская Александра Александровна
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Капелюховская Александра Александровна

Реферат

Synopsis

Введение

ГЛАВА 1. Современные холодильные машины малой производительности и методы их исследования

1.1 Современная холодильная техника

1.1.1 Компрессоры, применяемые в холодильных машинах и рабочие процессы таких машин

1.1.2 Холодильные циклы парокомпрессионных машин

1.2 Обзор теоретических методов исследований рабочих процессов в рабочей камере ступени поршневого компрессора

1.3 Обзор экспериментальных методов исследования рабочих процессов поршневых компрессоров

1.4 Направление исследования

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ХОЛОДИЛЬНОГО ТИХОХОДНОГО КОМПРЕССОРА

2.1 Расчётная схема и упрощающие допущения

2.2 Система расчётных уравнений

2.3 Реализация модели

2.4 Верификация модели

ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования холодильного тихоходного компрессора и его основных узлов

3.1 Средства измерения и их подготовка

3.2 Исследование рабочего процесса тихоходного компрессора при работе на фреоне Я134а

3.3 Исследование рабочего процесса тихоходного компрессора при работе на

фреоне Я600а

ГЛАВА 4. Параметрический анализ работы тихоходного холодильного компрессора

4.1 Повышение энергетической эффективности тихоходного холодильного компрессора

4.2 Рабочие процессы холодильных машин на базе одноступенчатых поршневых длинноходовых тихоходных компрессоров

4.3 Сравнение массогабаритных параметров холодильных компрессоров и разработка рекомендаций по их проектированию

4.4 Компактная холодильная машина с зональным охлаждением

4.5 Повышение надёжности холодильных компрессоров на базе тихоходных машин

4.6 Перспективы снижения массы конденсатора холодильных машин с тихоходными компрессорами

Заключение

Список литературы

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Реферат

Общая характеристика работы

Актуальность темы

Современные малые холодильные машины (мощностью до 15 кВт) находят широкое распространение в медицине, пищевой промышленности. При работе таких машин с уровнем температуры кипения ниже - 40 °С неизбежно приходится применять двухступенчатые, а в случаях применения с температурами ниже - 70 °С каскадные холодильные машины. Применяемые при этом компрессоры громоздки из-за наличия теплообменного оборудования, дополнительных сосудов, ступеней компрессора с различными диаметрами цилиндров. К тому же в основном в таких холодильных машинах применение нашли компрессоры со смазываемой проточной частью. Применение таких машин вызвано необходимостью соблюдения требований по ресурсным показателям, однако это приводит к усложнению технологии очистки хладагента от масла и постепенному засорению теплообменного оборудования.

Направление совершенствования таких машин может быть связано с заменой в некоторых случаях существующих поршневых компрессоров на бессмазочные тихоходные компрессоры. Традиционно в существующих схемах холодильных компрессоров при отношении рк/р0 более 8 переходят к многоступенчатым или каскадным схемам. Основная причина этого недопустимый рост температуры газа, влияющий на безопасность, эффективность и надёжность работы поршневого компрессора.

Применение тихоходных машин хоть и связано с небольшой производительностью, однако такие машины обеспечивают значительно более низкую температуру газа (пара), поступающего в конденсатор, что само по себе может привести к снижению массогабаритных показателей последнего или как, показывают исследования при использовании некоторых видов хладагентов

можно вообще исключить конденсатор из схемы холодильной машины. Бессмазочные тихоходные компрессоры не требуют подачи смазки в рабочую камеру, что упрощает конструкцию и обеспечивает требуемые показатели ресурса компрессоров в 30 000 ч и более.

Значительный вклад в развитие и исследование холодильных машин внесли такие учёные как П.Л. Капица, Н.Н. Кошкин, Л.С. Тимофеевский, А.Ф. Иоффе, О.Б. Цветков, Г.Н. Ден, Е.С. Курылев, А.Н. Герасимов, А.М. Архаров, И.М. Калнинь, А.С. Нуждин, Л.М. Розенфельд, Р. Планк.

Развитие бессмазочных тихоходных компрессоров связано с такими учёными как В.Л. Юша, С.С. Бусаров. Особенность работы таких машин может быть использована в холодильной технике и заключается в значительно расширенном диапазоне степени повышения давления в одной ступени сжатия (до 120), что в некоторых случаях, возможно, позволит заменить двухступенчатые холодильные компрессоры или составить конкуренцию каскадным холодильным машинам.

Основы современного представления о протекании рабочих процессов и функционировании основных узлов поршневых компрессоров были заложены такими учёными как Френкель М.И., Фотин Б.С., Пластинин П.И., Davies R. и др.

В холодильной технике отношение давлений конденсации к давлению кипения тем больше для одного хладагента, чем ниже температуру можно получить в камере охлаждения. Это неизбежно ведёт к росту температуры газа на выходе из компрессора. По ряду причин, связанных как с безопасностью работы, так и значительным падением эффективности и ростом массогабаритных параметров компрессора требуется переход либо к многоступенчатой схеме сжатия, либо к каскадной. И та и другая схемы значительно усложняет конструкцию, как компрессора, так и всей холодильной машины в целом, что приводит к возникновению дополнительных потерь в коммуникациях и межступенчатых аппаратах.

Применение тихоходных поршневых машин как показали ранее проводимые исследования на таких газах как воздух, метан, диоксидуглерода

позволяет в достаточно широком диапазоне отношений давлений сохранить возможность применения одноступенчатой схемы с приемлемым уровнем температур на выходе из компрессора и продолжительности работы.

Таким образом, актуальность темы диссертационного исследования обусловлена необходимостью совершенствования схемы холодильной машины и снижения её массогабаритных характеристик при получении низких температур (40 °С и ниже).

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование тихоходных компрессоров малых холодильных машин»

Цель работы

Оценка эффективности применения бессмазочных тихоходных компрессоров в составе малых низкотемпературных холодильных машин.

Задачи работы

1) Провести анализ состояния вопроса по существующим конструкциям холодильных компрессоров с обоснованием выбранного варианта.

2) Уточнить математическую модель расчета рабочего процесса холодильного бессмазочного тихоходного поршневого компрессора с граничными условиями второго рода на внешней поверхности и возможностью зонального охлаждения.

3) Разработать экспериментальный стенд и методику экспериментального исследования холодильного бессмазочного тихоходного поршневого компрессора.

4) Выполнить теоретические и экспериментальные исследования влияния режимных и конструктивных параметров холодильного бессмазочного тихоходного поршневого компрессора на его интегральные характеристики и холодильной машины малой производительности в целом.

5) Разработать рекомендации по проектированию холодильного бессмазочного тихоходного поршневого компрессора при работе на хладагенте Я134а.

Научная новизна работы

1) Уточнена математическая модель рабочего процесса бессмазочного тихоходного поршневого компрессора с граничными условиями второго рода на внешней поверхности и возможностью зонального охлаждения.

2) Впервые получены экспериментальные результаты рабочих процессов холодильных бессмазочных тихоходных компрессоров с отношением давлений на входе и выходе более 20.

3) Теоретически и экспериментально установлена взаимосвязь между режимами охлаждения холодильного поршневого бессмазочного тихоходного компрессора и эффективностью холодильной машины малой производительности.

4) Получены результаты, определяющие влияния конструктивных и режимных параметров холодильного поршневого бессмазочного тихоходного компрессора на его интегральные характеристики.

Теоретическая и практическая значимость работы

1) Разработана и апробирована уточненная математическая модель рабочего процесса холодильного бессмазочного тихоходного поршневого компрессора, с возможностью зонального охлаждения при работе на R134a.

2) Полученные результаты эффективности рабочего процесса холодильного поршневого бессмазочного тихоходного компрессора доказали возможность замены существующих двухступенчатых холодильных машин на машины в составе которых используются одноступенчатые тихоходные компрессоры.

3) Установлена взаимосвязь режимов работы и охлаждения холодильного поршневого бессмазочного тихоходного компрессора с энергетической эффективностью холодильной машины малой производительности.

1) Разработаны методы экспериментального исследования холодильного поршневого бессмазочного тихоходного компрессора и стенды для их реализации.

2) Предложено программное обеспечение для расчёта рабочих процессов и интегральных характеристик тихоходных холодильных компрессоров.

3) Разработаны рекомендации по проектированию холодильного поршневого бессмазочного тихоходного компрессора.

Положения, выносимые на защиту

1) Возможность повышения холодильного коэффициента до 30% за счёт обеспечения зонального охлаждения с обеспечением теплового потока на первой зоне - 30% от холодопроизводительности, на второй и третьей - 10% от холодопроизводительности.

2) Доказанное теоретически снижение массогабаритных параметров до 20% по сравнению с существующими двухступенчатыми холодильными машинами холодопроизводительностью до 15кВт.

3) Снижение потребляемой мощности одноступенчатого тихоходного компрессора по сравнению с существующими двухступенчатыми составляет до 15%.

Апробация работы

Основные положения и результаты работы обсуждались и докладывались на следующих конференциях:

1) Техника и технология современного нефтехимического и нефтегазового производства Региональная научно - техническая конференция (2011 - 2013, 2015-2019 г.), Омск;

2) Динамика систем, механизмов и машин (2014, 2024 г.), Омск;

3) XIX Международная научно-практическая конференция по компрессоростроению, посвященная 100-летию со дня рождения В.Б. Шнеппа (2024 г.), г. Казань;

4) КАЗАХСТАН-ХОЛОД. Международная научно-техническая конференция (2024 г.), г. Алматы;

5) Техника и технологические процессы тепловых и холодильных установок: I Всероссийская студенческая научно-техническая конференция (2024 г.), г. Казань.

Достоверность научных достижений

Обеспечена применением существующих апробированных методов исследования на современном оборудовании, образцовых средств измерения, сертифицированных и поверенных; получена повторяемостью результатов и удовлетворительная неопределённость при сопоставлении теоретических и экспериментальных результатов исследований.

Внедрение результатов работы

Методика расчёта внедрена в учебный процесс ФГАОУ ВО «Омский государственный технический университет», а разработанные рекомендации по проектированию КС - в АО «ГК «Титан» (г. Омск), ОНПЗ.

Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда № 2429-20010 «Создание компактных холодильных машин малой производительности и методов их расчёта».

Публикации

По теме диссертации опубликовано 42 научных печатных работ, из них 9 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ; 10 в изданиях, индексируемых в Scopus и Web of Science; получены 1 патент на изобретение и 1 программа для ЭВМ.

Структура и объём диссертации

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников. Содержит 97 страниц текста, 77 рисунков, 4 таблицы. Список использованных источников содержит 82 наименования.

Содержание работы

Введение

Во введении в соответствие с ГОСТ Р 7.0.11 представлены: актуальность темы исследования; степень ее разработанности; цели и задачи; научная новизна; теоретическая и практическая значимость работы; методология и методы исследования; положения, выносимые на защиту; степень достоверности и апробация результатов.

Глава 1

В первой главе рассмотрены современные конструкции холодильных машин, в том числе и малых (до 15 кВт), представлен анализ компрессорного оборудования, применяемого в данных машинах. Рассмотрена проблема получения низких температур (ниже - 40 °С), которая в настоящее время решается проектировщиками путем применения технологии многоступенчатого сжатия или каскадных машин, что делаем такие холодильные машины громоздкими, технологически несовершенными и сложными в обслуживании. К

тому же в большинстве случае такие компрессоры имеют смазываемую проточную часть, что приводит к дополнительным трудностям, таким как очистка хладагента от масла и повышенные потери в теплообменном оборудовании. Однако, других вариантов для парокомпрессионных машин в существующих конструкциях не применяют. Применение одноступенчатых поршневых компрессоров в низкотемпературных холодильных машинах до настоящего времени было невозможно из-за температурных ограничений, обусловленных требованиями безопасности и значительным снижением эффективности рабочего процесса, выражаемым такими показателями как холодильный коэффициент, коэффициент подачи и индикаторный КПД компрессора. Использование в холодильных машинах тихоходных компрессоров как показано в ряде предварительных исследований позволяет значительно расширить диапазон работы компрессора по отношению давлений конденсации и кипения хладагента, то есть при реализации одноступенчатого сжатия, возможно добиться низких температур рабочего тела при допустимых температурах на выходе из компрессора. Применённое решение позволит значительно упростить схему компрессора и всей холодильной машины, снизить массогабаритные характеристики последней, убрать из схем оборудование для очистки хладагента от масла и обеспечить требуемые показатели по продолжительности работы.

Также проведён обзор теоретических и экспериментальных методов исследования холодильных поршневых компрессоров. Обосновано применение расчётной модели сосредоточенными параметрами газа, подобраны средства измерения мгновенных параметров газа и интегральных характеристик.

Анализ состояния вопроса позволил сформулировать цель и задачи исследования.

Глава 2

Вторая глава посвящена уточнённой математической модели рабочего процесса холодильного бессмазочного тихоходного компрессора с зональным охлаждением цилиндра при задании условий второго рода. Расчётная схема изображена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Расчетная схема с зональным охлаждением

Расчётная схема визуализирует процессы, моделируемые при численных экспериментах. Вторым компонентом математической модели является перечень допущений, отражающих те моменты, которые исследователь не смог реализовать в модели или имеющие низкую значимость и высокую сложность реализации:

1. Рабочее тело считается однородным. Данное допущение позволяет считать физические параметры по всему рассматриваемому объёму одинаковыми в конкретный момент времени.

2. В процессе моделирования изменение претерпевает только внутренняя энергия системы. Как известно потенциальная и кинетическая энергии практически неизменны на входе в систему и на выходе из неё.

3. Тепловые потоки в рабочей камере описываются только уравнениями конвективного теплообмена. Известные данные говорят о пренебрежимо малой роли других видов теплообмена.

4. Коэффициент теплоотдачи имеет некоторое среднее значение для всех поверхностей рабочей камеры. То есть локальные коэффициенты теплоотдачи на различных внутренних поверхностях заменяются средним значением.

Главное уравнение, осуществляющее взаимосвязь между основными процессами, происходящими в рабочей камере является уравнение первого закона термодинамики. Определим изменение внутренней энергии системы:

йи = +йА + dQ + (йш • Г), (1)

где йЛ - работа, совершаемая хладагентом или работа, совершаемая над рабочим телом, Дж; dQ - теплота, отведённая от рабочего тела или переданная ему от стенок рабочей камеры, Дж; комплекс йт-1 - характеризует энергию, поступающую или удаляемую из системы потоками рабочего тела (произведение массы газа на его удельную энтальпию), Дж.

Необходимо отметить, что здесь и далее уравнения записаны для некоторого малого промежутка времени, где входящие в уравнения величины имеют неизменное значение на этом промежутке времени.

йА = Рг • йУ, (2)

-5

где РГ - давление рабочего тела, Па; йУ - изменение объёма, м .

Давление хладагента определяется из уравнения состояния:

р = т • • тг (3)

Уг

где т - текущая масса рабочего тела в системе, кг; г(Р) - функция изменения коэффициент сжимаемости рассматриваемого рабочего тела; Я -

-5

газовая постоянная, Дж/К; Уг - объем рабочего тела, м ;

Тг - температура, есть функция внутренней энергии системы - и, К.

Тг = шСи(Р,Т) ' (4)

где Су(Р,Т) - удельная теплоемкость при изохорном процессе как функция давления и температуры, Дж/(кгК).

dQ = аср •{Тг -Тсп)• f•dx , (5)

где аср - коэффициент теплоотдачи, определяемый экспериментально для каждого из исследуемых рабочих тел, Вт/(м2 К); Тсп - температура стенки, К; f -

площадь теплообмена, м2.

йш = А• • р• АР •с1т, (6)

где а - коэффициент расхода; А - площадь истечения, м2; АР - перепад

-5

давления, Па; р - плотность, определяется из уравнения состояния (3), кг/м .

Уравнение (6) используется для определения массовых потоков как через клапаны (открытые или частично открытые), тогда в значение площади А входит координата положения пластины клапана (И=/(т)), так и для определения массовых потоков через неплотности. В случае определения массовых потоков через зазоры клапанов используются величины условных зазоров, полученные экспериментально. При определении утечек через цилиндропоршневое уплотнение площадь А является произведением периметра цилиндропоршневого уплотнения на величину условного зазора в цилиндропоршневом уплотнении.

Для определения координаты запорного органа (И) решается следующее уравнение:

д2И - -

= (7)

от

где - суммарная сила, действующая на пластину со стороны газа, Н; Гпр - сила упругости пружины, Н; Гтр - сила трения газа, Н; О - вес запорного органа.

Для определения коэффициента теплоотдачи применена формула И.К. Прилуцкого:

а = Х-(Р/М)хжх01^хэкв (8)

где X - коэффициент теплопроводности газа в рабочей камере, Вт/(м-К);

-5

р - плотность газа в рабочей камере, кг/м ;

р - коэффициент динамической вязкости газа в рабочей камере, Па-с;

Ж - условная скорость газа в рабочей камере, м/с;

Оэкв - эквивалентный диаметр цилиндра, м;

Х - эмпирический коэффициент.

Эмпирические коэффициенты Х уточняются по результатам проведения экспериментальных исследований. При этом верификация модели осуществляется по интегральным характеристикам и мгновенным параметрам рабочего тела.

Глава 3

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям, подтвердившим работоспособность создаваемого холодильного тихоходного компрессора и позволившим выполнить верификацию и валидацию уточнённой математической модели.

Стенд для экспериментальных исследований рабочего процесса и интегральных характеристик изображен на рисунке 2.

Холодильная тихоходная ступень 1, привод которой осуществляется от гидравлической станции, сжимает хладагент R134а, поступающий из баллона 2 параметры газа в рабочей камере фиксируются осциллографом 4, сигнал на который поступает с датчиков через усилитель 3. При этом КПД компрессора определяется по свернутой индикаторной диаграмме, а коэффициент подачи на основании показаний расходомера - как отношение производительности разработанного компрессора к его идеализированному аналогу.

Рисунок 2 - Фотография стенда

На фотографии (рис. 3) представлены экспериментальные кривые мгновенных параметров газа (зеленая линия - температура) и (красная линия -давление) в камере сжатия.

ди=6.08и

СигВ = 8.88и № 800ти

@ КАНЗ Связь входа < ОС

Ограни ГМ"1

6"< 10Нг

Делитель 1К

След стр

Стр-УЗ

снз- 1.00и

М 1.00Б

М Ро5:400.0

Рисунок 3 - Результаты экспериментального исследования (давление и температура в рабочей камере) при Рн=2МПа, время цикла - 2 с

На рисунке 4 представлены данные сопоставления результатов численного и натурного экспериментов. Эти данные позволили верифицировать уточнённую модель расчёта, внести необходимые корректировки в формулу для определения коэффициента теплоотдачи на внутренней поверхности рабочей камеры.

На основании полученных экспериментальных данных было уточнено уравнение для расчёта коэффициента теплотдачи на внутренней поверхности рабочей камеры (8) при сжатии хладагента R134а:

а = А-Ш'33^'33О0'67экв (9)

а)

б)

в)

Рисунок 4 - Графики изменения средней температуры (а), коэффициента подачи (б) и индикаторного изотермического КПД (в) от степени повышения давления (время цикла 2 с): 1- эксперимент; 2 - теория

Как видно из представленных зависимостей на рисунке 4 интегральные характеристики одноступенчатого тихоходного холодильного компрессора близки по параметрам к двухступенчатым агрегатам. По сравнению же с возможными параметрами работы одноступенчатой машины КПД и коэффициент подачи у тихоходной выше на 30... 40%.

Неопределённость при получении давления составляет 1,52%, при определении температуры составляет 2%, при определении расхода составляет 1,5 %.

При этом отклонение теоретических и экспериментальных данных не превышает 8,5%.

Глава 4

В четвертой главе с помощью уточнённой математической модели были получены основные результаты диссертационного исследования.

Как было показано выше проблемы, возникающие при сжатии хладагентов при рк/р0>8, можно решить использованием одноступенчатых тихоходных длинноходовых компрессоров. Рассмотрим схему работы холодильной машины с двухступенчатым компрессором и тихоходным компрессором (рисунки 5,6).

Для режима с временем цикла 3, с снижение потребляемой мощности на 25% по отношению к двухступенчатому сжатия, а для времени цикла 2 с - около 20%.

а) б)

Рисунок 5 - Схемы исследуемых холодильных машин: а) - двухступенчатая холодильная машина с двукратным дросселированием; б) - холодильная машина

с тихоходным компрессором:1-2 - Сжатие в первой ступени; 2-3 -Промежуточное охлаждение; 4-5 - Сжатие во второй ступени; 5-6 - Конденсация; 6-7 - Дросселирование; 9-10 - Дросселирование; 10-1 - Испарение

Р. МП а

0,06

12

5от

О

1

Рисунок 6 - Индикаторные диаграммы двухступенчатого сжатия (1) и одноступенчатого (2) с применением тихоходного компрессора

(время цикла 4 с)

На рисунке 7 показано, что интегральные характеристики рассматриваемой ступени, соответствуют уровню одноименных показателей двухступенчатых быстроходных машин, и заметно превосходят аналогичные характеристики быстроходных одноступенчатых компрессоров. Это обусловлено эффективной организацией системы охлаждения ступени и значительно меньшей величиной относительного мёртвого объёма. Как и в любых типах компрессоров, увеличение температуры конденсации приводит к ухудшению интегральных характеристик рассматриваемой ступени, что обусловлено увеличением отношения величины давления конденсации к величине давления кипения.

Рисунок 7 - Зависимость коэффициента подачи (1, 2) и индикаторного изотермического КПД (3,4) от температуры кипения рабочего тела при Тк=308К:

1, 3 - одноступенчатый компрессор на базе тихоходной длинноходовой интенсивно охлаждаемой ступени; 2,4 - двухступенчатый быстроходный

компрессор

Результаты, представленные на рис. 8, отражают влияние температуры кипения R134a на теоретический холодильный коэффициент одноступенчатого тихоходного длинноходового поршневого компрессора.

Приведённые данные сравнения массовых характеристик существующих двухступенчатых и одноступенчатых тихоходных компрессоров в таблице 1 показали возможность снижения массы до 20%.

Рисунок 8 - Зависимость холодильного коэффициента от температуры кипения рабочего тела при Тк=308К: 1 - двухступенчатый быстроходный компрессор; 2 -одноступенчатый компрессор на базе тихоходной длинноходовой интенсивно охлаждаемой ступени D= 50 мм; 3 - одноступенчатый компрессор на базе тихоходной длинноходовой интенсивно охлаждаемой ступени D= 200 мм

Таблица 1 - Сравнительные характеристики серийных поршневых холодильных многоступенчатых и альтернативных малорасходных компрессоров

Ке, м3/ч 450 19,7 97,3 17,5

Серийные многоступенчатые поршневые компрессоры

Название, страна Судовой ПД-55, (Россия) S4T-5.2 (У) «Bitzer», (Германия) И07Х7/1620-4, (Германия) SP2H(0500) ЯеГСошр (Китай)

Масса, кг 1150 136 294 86

Альтернативные тихоходные компрессоры

Масса, кг 1160 125 160 80

Заключение

Проведённые исследования показали, что реализация квазиизотермического сжатия позволит во многих случаях исключить конденсаторный блок, а сам процесс конденсации рабочего тела будет осуществлен в соединительном трубопроводе между компрессором и дроссельным вентилем. Как показывают статистические данные современных фирм производителей снижение массогабаритных характеристик всей холодильной машины может составить до 25%...30%, за счёт исключения дополнительного теплообменного оборудования, оборудования для очистки паров хладагента от масла и сокращения коммуникаций между аппаратами. Это направление дальнейших исследований.

1. Проведён анализ состояния вопроса по существующим конструкциям холодильных компрессоров и обосновано применение тихоходного компрессора в составе холодильной машины малой производительности.

2. Уточнена существующая математическая модель расчёта рабочего процесса бессмазочного тихоходного поршневого компрессора с граничными условиями второго рода на внешней поверхности и возможностью зонального охлаждения при работе на хладагенте R134а с давлениями до 1,5 МПа скоростью поршня до 0,5 м/с и ходом до 0,8 м.

3. Разработано программное обеспечение для реализации уточнённой математической модели.

4. Разработан экспериментальный стенд для исследований рабочего процесса холодильного поршневого бессмазочного тихоходного компрессора с возможностью определения термодинамических параметров сжимаемого рабочего тела и его интегральных характеристик.

5. Разработана методика экспериментального исследований рабочего процесса холодильного поршневого бессмазочного тихоходного компрессора.

6. Выполнены теоретические и экспериментальные исследования влияния режимных и конструктивных параметров конструкции бессмазочного

тихоходного холодильного компрессора на его интегральные характеристики и холодильной машины малой производительности в целом. Установлено, что при времени цикла 2-3 с снижение потребляемой мощности одноступенчатого тихоходного компрессора по сравнению с существующими двухступенчатыми составляет до 15%.

7. Установлено, что снижение массы холодильной машины малой производительности на базе тихоходных компрессоров по сравнению с существующими может составить до 20%, при разработанных рекомендациях по проектированию холодильного тихоходного поршневого компрессора с рабочим телом - хладагент R134a: время цикла 2-3 с, параметры цилиндра: диаметр до 200 мм, ход до 800 мм с отношением хода поршня к диаметру цилиндра более 10.

8. Повышение эффективности компрессора возможно за счёт реализации зонального охлаждения с обеспечением теплового потока на первой зоне - 30% от холодопроизводительности, на второй и третьей - 10% от холодопроизводительности. При этом снижение коэффициента подачи не превышает 3%, индикаторного изотермического КПД 5% и холодильный коэффициент при этом может быть повышен на 30% по сравнению с конструкцией при отсутствии зонального охлаждения.

9. Методика расчёта внедрена в учебный процесс ФГАОУ ВО «Омский государственный технический университет», а разработанные рекомендации по проектированию - в АО «ГК «Титан», ОНПЗ.

Публикации

В международных изданиях, индексируемых в базе данных Scopus:

1. Kapelyuxovskay A.A., Kalashnikov А.М. Analysis of the Application of the Heat Loss Recovery System for the Drive of Process Equipment // AIP Conference Proceedings. - 2021. - Vol. 2412, no. 1. - Р. 030033. DOI: 10.1063/5.0075032.

2. Kapelyuxovskay A.A., Kalashnikov А.М., Chernov G.I. Comparative analysis of the process of expansion of wet vapors of freon R245fa and water in the working chamber of a piston unit // AIP Conference Proceedings. - 2023. - Vol. 2784, no. 1. - Р. 030031. DOI: 10.1063/5.0141729.

В изданиях из списка ВАК РФ:

1. Капелюховская А.А., Бусаров С.С., Недовенчаный А.В. Возможность замены двухступенчатых холодильных компрессоров тихоходными // Вестник Международной академии холода. 2024. № 2. С.30-35. DOI: 10.17586/1606 4313 2024 23 2-30-35.

2. Капелюховская А.А., Бусаров С.С., Недовенчаный А.В. Обоснование возможности конденсации газов в бессмазочных тихоходных холодильных компрессорах // Холодильная техника. 2023. Т. 112, № 1. С. 21-27. DOI: https://doi.org/10.17816/RF513731.

3. Капелюховская А.А., Бусаров С.С., Недовенчаный А.В. Моделирование рабочих процессов в тихоходных поршневых компрессорах компактных холодильных установок // Вестник Международной академии холода. 2023. № 4. С.22-27. DOI: 10.17586/1606-4313-2023-22-4-22-27.

4. Капелюховская А.А., Бусаров С. С., Недовенчаный А. В., Кобыльский Р. Э., Бусаров И.С., Заушицын Е. В., Гаглоева А. Е., Громов А. Ю. Создание методики расчёта метановых малорасходных тихоходных компрессорных ступеней на основе обработки данных экспериментального исследования // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2022. Т. 6, № 3. С. 40-48. DOI: 10.25206/2588-0373-2022-6-3-4048.

5. Капелюховская А.А., Панютич А. А., Чернов Г.И., Бусаров С.С., Карагусов В. И. Верификация методики расчёта процесса расширения влажного водяного пара в рабочей камере линейного привода поршневого длинноходового

компрессорного агрегата // Компрессорная техника и пневматика. - 2022. - №1. - С.12 - 16.

6. Капелюховская А.А., Бусаров С.С., Бусаров И.С., Кобыльский Р.Э., Синицин Н.Г. Экспериментальные исследования рабочих процессов малорасходных тихоходных компрессоров при работе на фреоне Я600а // // Вестник Международной академии холода. 2024. № 4. С.7-11. DOI: 10.17586/1606-4313-2024-23-4-7-11

Патенты и свидетельства:

1. Капелюховская А.А. Компактная холодильная машина: пат. 2 819 037 Рос. Федерация: МПК F25B 9/00. А.А. Капелюховская, Р.Э. Кобыльский, И.С. Бусаров, А.В. Недовенчаный, Н.Г. Синицин, С.С. Бусаров- 2023. - Бюл. № 2.

2. Капелюховская А.А. Модернизированная модель расчёта рабочего процесса тихоходного холодильного компрессора с зональным охлаждением при граничных условиях второго рода. Свидетельство регистрация программы для ЭВМ № RU2024686143, А.А. Капелюховская, Н.Г. Синицин, С.С. Бусаров-06.11.2024 Бюл. № 11.

Synopsis

General thesis summary

Relevance

Modern small-sized refrigeration units (with a capacity of up to 15 kW) are widely used in medicine and the food industry. When operating such refrigerating machines with a boiling point below -40 °C, it is inevitably necessary to use two-stage refrigerating machines, and in the case of use with temperatures below 70 °C, cascade refrigerating machines. The compressors used in this case are bulky due to the presence of heat exchange equipment, additional tanks, compressor stages with different cylinder diameters. In addition, compressors with a lubricated flow part are mainly used in such refrigerating machines. The use of such machines is caused by the need to comply with resource requirements, however, this leads to a complication of the technology for cleaning refrigerant from oil and a gradual clogging of the heat exchange equipment.

In some cases, the direction of improvement of such machines may be related to the replacement of existing reciprocating compressors with low-speed oil-free compressors. Traditionally, existing refrigeration compressor schemes with a pb/p0 ratio of more than 8 switch to multi-stage or cascade schemes. The main reason for this is an unacceptable increase in gas temperature, which affects the safety, efficiency and reliability of the reciprocating compressor.

The use of slow-moving machines, although associated with low productivity, nevertheless, such machines provide a significantly lower temperature of the gas (steam) entering the condenser, which in itself can lead to a decrease in the weight and dimensions of the latter, or, as studies show, when using certain types of refrigerants, the condenser can be completely eliminated from the refrigeration circuit. Low-speed oil-free compressors do not require lubrication in the working chamber, which simplifies the design and ensures the required compressor life of 30,000 hours or more.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Капелюховская Александра Александровна, 2025 год

Список источников

1. Богданов С. Н., Иванов О. П., Куприянова А. В. Холодильная техника. Свойства веществ: Справочник. Москва: Агропромиздат, 1985. 208 с.

2. Курылев Е. С., Герасимов Н. А Холодильные установки. Ленинград: Машиностроение. Ленинградское отд., 1980. 622 с.

3. Бабакин Б. С. [и др.]. Хладагенты и их воздействие на окружающую среду // Молочная промышленность. 2016. № 6. С. 12-14.

4. Морев А И., Ефанов В. И., Бекетов Б. А [и др.]. Переход автотранспорта на природный газ: нормативно-справочное пособие. Москва: ИРЦ газовой промышленности, 1995. 97 с.

5. Асадов О. С., Алиев В. И. Особенности углеводородных газов и их безопасного использования // Естественные и технические науки. 2010. № 6 (50). С. 659 - 664.

6. Балабуха А В., Мещук А А, Дербичев В. С. [и др.]. Оптимизация хранения и транспортировки сжиженного природного газа на транспортном судне // Вестник Евразийской науки. 2019. Т. 11, № 4. URL: https://esj.today/PDF/12SAVN419. pdf (дата обращения: 12.04.2022).

7. Пластинин П И. Поршневые компрессоры. В 2 т. Т. 1. Теория и расчет. 3-е изд., перераб. и доп. Москва: КолосС, 2006. 456 с. ISBN 5-9532-0428-0.

8. Фотин Б. С. [и др.]. Поршневые компрессоры. Ленинград: Машиностроение, 1987. 372 с.

9. Юша В. Л, Бусаров С. С., Недовенчаный А В., Гош-ля Р. Ю. Экспериментальное исследование рабочих процессов тихоходных длинноходовых бессмазочных поршневых компрессорных ступеней при высоких отношениях давлений нагнетания к давлению всасывания // Омский научный вест-

ник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2018. Т. 2, № 2. С. 13-18. DOI: 10.25206/2588-03732018-2-2-13-18.

10. Yusha V. L., Busarov S. S., Goshlya R. Yu., Nedovencha-nyi A. V., Sazhin B. S., Chizhikov M. A, Busarov I. S. The experimental research of the thermal conditions in slow speed stage of air reciprocating compressor // International Conference on Oil and Gas Engineering. 2016. Vol. 152. P. 297 - 302.

11. Nedovenchanyi A V., Yusha V. L., Busarov S. S. Experimental evaluation of the efficiency of long-stroke, low-speed reciprocating compressor stages in compression of different gases // Chemical and Petroleum Engineering. 2018. Vol. 54. P. 593 - 597. DOI: 10.1007/sl0556-018-0520-l.

12. Юша В. Л., Бусаров С. С., Недовенчаный А В. Экспериментальная оценка эффективности рабочих процессов тихоходных длинноходовых поршневых компрессорных ступеней при сжатии различных газов // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2018. № 8. С. 27 — 29.

13. Бусаров С. С., Недовенчаный А В., Буханец Д. И., Щербань К. В. Верификация методики расчета рабочих процессов бессмазочных тихоходных длинноходовых поршневых ступеней высокого давления // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2018. Т. 2, № 2. С. 19-25. DOI: 10.25206/2588-0373-20182-2-19-25.

14. Сорокин Б. И., Соколов А Н. Уплотнительные устройства горных машин и комплексов. Москва: Недра, 1969. 128 с.

15. Бусаров С. С., Недовенчаный А В., Титов Д. С. Методика моделирования рабочих процессов тихоходных длинноходовых компрессорных ступеней: свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ // Реестр программ для ЭВМ № 2019660287 от 02.09.2019.

16. Бусаров С. С., Гошля Р. Ю., Громов А Ю., Недовенчаный А В., Бусаров И. С., Титов Д. С. Математическое моделирование процессов теплообмена в рабочей камере тихоходной ступени поршневого компрессора // Компрессорная техника и пневматика. 2016. № 6. С. 6— 10.

17. Yusha V. L., Karagusov V. I., Busarov S. S. Modeling the work processes of slow-speed, long-stroke piston compressors // Chemical and petroleum engineering. 2015. Vol. 51, Issue 3-4. P. 177-182. DOI 10.1007/s 10556-015-0020-5.

18. Юша В. Л., Бусаров С. С. Экспериментальная оценка индикаторного коэффициента подачи поршневой длиннохо-довой компрессорной ступени // Компрессорная техника и пневматика. 2020. № 3. С. 39-41.

19. Юша В. А, Бусаров С. С. Определение показателей политропы схематизированных рабочих процессов воздушных поршневых тихоходных длинноходовых компрессорных ступеней // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ра-кетное и энергетическое машиностроение. 2020. Т. 4, № 1. С. 15-22. DOI: 10.25206/2588-0373-2020-4-1-15-22.

БУСАРОВ Сергей Сергеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Холодильная и компрессорная техника и технология» Омского государственного технического университета (ОмГТУ), г. Омск. AuthorlD (РИНЦ): 610336 AuthorlD (SCOPUS): 51560987400 Адрес для переписки: [e-mail] БУСАРОВ Игорь Сергеевич, ассистент кафедры «Холодильная и компрессорная техника и технология» ОмГТУ, г. Омск. SPIN-код: 5775-5330 AuthorlD (SCOPUS): 57191038188 Адрес для переписки: [e-mail] НЕДОВЕНЧАНЫЙ Алексей Васильевич, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры «Холодильная и компрессорная техника и технология» ОмГТУ, г. Омск.

21

DOI: https://doi.org/10.17816/RF513731

Обоснование возможности конденсации газов в бессмазочных тихоходных холодильных компрессорах

С.С. Бусаров, A.B. Недовенчаный, A.A. Капелюховская

Омский государственный технический университет, Омск, Российская Федерация АННОТАЦИЯ

Обоснование. Существующие холодильные машины, как известно, содержат четыре основные узла, осуществляющие холодильный цикл: компрессор, конденсатор, расширитель и испаритель. В настоящее время, конденсация хладо-агента происходит в конденсаторе. Создание условий, при которых конденсация рабочего тела происходила бы в компрессорном блоке, позволило бы создать компактную холодильную машину, исключив из неё конденсатор. Цель — доказательство возможности создания компактной холодильной машины с осуществлением процесса конденсации рабочего тела в камере сжатия компрессора.

Методы. Объектом исследования является тихоходный компрессор, в котором отношение давлений значительно превосходит известные аналоги и, при этом, температура значительно ниже быстроходных машин за счёт создания условий, при которых сжатие происходит с показателями политропы ниже 1,08. Метод исследования основан на определении температуры газа при критическом давлении и сравнении полученного результата с критической температурой. Используемая система уравнений и допущений относится к модели с сосредоточенными параметрами рабочего тела. Результаты. Полученные результаты по сжатию таких хладагентов как аммиак, углекислый газ, R12, R22, Хладон-Ша показали возможность получения в тихоходной машине необходимых давлений при значениях температуры значительно ниже критической.

Заключение. В работе рассмотрены и предложены к дальнейшему исследованию те рабочие тела холодильных машин, которые по своим характеристикам и параметрам работы в холодильной машине могут перейти в жидкую фазу в тихоходном компрессорном блоке, что при дальнейшем экспериментальном подтверждении позволит исключить частично или полностью блок конденсатора в холодильной машине.

Ключевые слова: тихоходный компрессор; конденсация; рабочий процесс; критическое давление; критическая температура; холодильная машина; конденсатор.

Как цитировать:

Бусаров С.С., Недовенчаный A.B., Капелюховская АА. Обоснование возможности конденсации газов в бессмазочных тихоходных холодильных компрессорах //Холодильная техника 2023. Т. 112, № 1. С. 21-27. D0I: https://doi.org/10.17816/RF513731

22

DOI: https://doi.org/10.17816/RF513731

Substantiation of the possibility of gas liquefaction in oil-free low-speed refrigeration compressors

Sergey S. Busarov, Alexey V. Nedovenchany, Alexandra A. Kapelyukhovskaya

Omsk State Technical University, Omsk, Russian Federation ABSTRACT

BACKGROUND: Existing refrigeration machines contain four main units, i.e., compressor, condenser, expander, and evaporator that perform the refrigeration cycle. Currently, the liquefaction of the refrigerant occurs in the condenser. The creation of the conditions under which condensation of the working fluid would occur in the compressor unit would make the development of a compact refrigeration machine possible by eliminating the condenser from it.

AIMS: This work aims to investigate the possibility of creating a compact refrigeration machine with the implementation of the condensation process of the working fluid in the compression chamber of the compressor. MATERIALS AND METHODS: The object of the study is a low-speed compressor, in which the pressure ratio significantly exceeds known analogs and simultaneously the temperature is significantly lower than that of high-speed machines because of the creation of conditions under which compression occurs with polytropic indicators below 1.08. The research method involves determining the gas temperature at critical pressure and comparing the obtained result with the critical temperature. The system of equations and assumptions used relates to the model with lumped parameters of the working fluid. RESULTS: The results obtained on the compression of such refrigerants as ammonia, carbon dioxide, R12, R22, and Freon-134a showed the possibility of obtaining the required pressures in a low-speed machine at temperatures significantly below the critical temperature.

CONCLUSIONS: This work examines and proposes to study further those working fluids of refrigeration machines that can go into the liquid phase in a low-speed compressor unit because of their characteristics and operating parameters in the refrigeration machine. Further experimental confirmation of this will enable partial or complete elimination of the condenser unit in the refrigeration machine.

Keywords: low-speed compressor; gas liquefaction; working process; critical pressure; critical temperature; refrigeration machine; condenser.

To cite this article:

Busarov SS, Nedovenchany AV, Kapeluxovskay AA. Substantiation of the possibility of gas liquefaction in oil-free low-speed refrigeration compressors. Refrigeration Technology. 2023;112(1)21-27. DOI: https://doi.org/10.17816/RF513731

Received: 27.06.2023

Accepted: 22.10.2023

Published online: 01.12.2023

ECOaVECTOft

All rig his reserved B Eco-Vector. 2023

23

ОБОСНОВАНИЕ

Исследования, проводимые в области холодильной техники, показывают, что существующие холодильные машины и технологии их создания исчерпали возможности дальнейшего совершенствования и снижения малогабаритных параметров.

Перспективной идеей совершенствования холодильных машин может стать применение тихоходных компрессорных машин, реализующих цикл сжатия близкий к изотермическому за счёт низкого показателя политропы сжатия (менее 1,08) [1-11]. Условия сжатия близкие к изотермическому процессу позволяют расширить диапазон отношений давления в одной ступени компрессора и достигнуть показателя — 100. Таким образом замена существующих компрессоров на тихоходные, во-первых, позволит применять компактные одноступенчатые машины вместо двух — и трех — ступенчатых; во-вторых, заменить машины, имеющие несколько каскадов на машины с одним контуром. И самым перспективным результатом может стать организация рабочего процесса при конденсации рабочего тела в камере сжатия тихоходного компрессора, что позволит снизить нагрузку на конденсатор или полностью исключить его из схемы.

Большое количество теоретических и экспериментальных исследований позволили определить ориентировочные параметры газа при сжатии до высоких давлений [11]. Получены результаты для таких газов как воздух, диоксид углерода, метан и гелий. Предварительные исследования по другим газам будем проводить по параметрам газов наиболее близких по своим характеристикам.

К тому же, в холодильных циклах зачастую температура кипения хладагентов ниже, чем условия всасывания газов при обычных условиях, что во многих случаях позволит достигать критические давления при температурах ниже критических, это и позволит конденсировать газ в рабочей камере (рабочий цикл такой машины представлен на рис. 1). Кроме тога, проблема с гидроударом для тихоходных поршневых компрессоров отсутствует по причини низкой скорости движения поршня.

ЦЕЛЬ

Получить данные по конденсации хладагента в камере компрессора.

МЕТОДЫ

Дизайн исследования

Методика расчёта позволяет полностью моделировать рабочий процесс тихоходной ступени с учётом реальной работы клапанов, учитывать газовые потоки через неплотности рабочей камеры, конкретно — через закрытые клапаны и цилиндропоршневое уплотнение (манжеты).

В программе расчёта моделируется квазистационарный процесс теплопередачи от сжимаемого газа к охлаждающей среде через стенки рабочей камеры. Создаётся массив данных, содержащий все текущие параметры состояния рабочего тела. Выходными данными в методике являются интегральные характеристики, позволяющие сравнивать проектируемые объекты с существующими [10].

Расчетная схема подробно рассмотрена в работе [10]. Упрощающие допущения, принятые для создания данной методики расчёта, соответствуют общепринятым для данного класса математических моделей [11-16]:

• рабочее тело является непрерывной и гомогенной средой; текущие параметры рабочего тела имеют ос-реднённое значение в каждой точке камеры сжатия;

• не учитывается изменение потенциальной и кинетической энергии рабочего тела;

• считается, что выделившаяся теплота при трении манжетных уплотнений полностью рассеивается в окружающую среду;

• не учитываются пульсация газа во всасывающем и нагнетательном патрубках (давления принимаются

ПОСТОЯННЫМИ);

• истечение рабочего газа через самодействующие клапана и неплотности рабочей камеры считается адиабатным;

• теплообмен между газом и стенками рабочей камеры конвективный;

• теплоотдача на внешних поверхностях стенок рабочей камеры, определяется при постоянном по времени коэффициенте теплоотдачи, выбранном для рассматриваемого участка теплообменной поверхности. Уточненная методика расчета рабочего процесса тихоходных длинноходовых компрессорных ступеней основана на следующих уравнениях [12-16]: первый закон термодинамики для тела переменной массы, уравнение состояния

LgP

1

Рис. 1. Цикл холодильной машины с конденсацией рабочего тела в камере сжатия компрессора: 1-2 Сжатие с конденсацией; 2-3 Дросселирование; 3-1 Испарение. Fig. 1. Cycle of a refrigerating machine with condensation of the working fluid in the compressor compression chamber: 1-2 compression with condensation; 2-3 throttling; 3-1 evaporation.

24

реального газа, уравнение работы, уравнение расхода газа через клапаны и неплотности [10].

Уравнение для определения давление газа на ¡-м шаге:

pj =

V

J

с.

(1)

Уравнение, описывающее закон сохранения энергии для тела переменной массы (с учетом утечек через неплотности рабочей камеры):

<1и,

dL.

dQi

dm.

_i_ _

dx dm.,.

dm.

(2)

dx dx

dx

dx

dx

Уравнение для определения массы газа, проходящей через клапаны в открытом состоянии

dm

77=<vvW 2-PrÄPj.

(3)

dUJ — изменение внутренней энергии газа, Дж; dQ] — элементарный тепловой поток, К; dL¡ — работа, совершенная над газом или самим газом, Дж; dm¡ — изменение массы газа в рабочей камере, кг;— энтальпия газа, Дж/кг; Л — газовая постоянная, Дж/К-кг; £ — коэффициент сжимаемости реального газа; У] — объем газа, м3; сг; — объемная теплоемкость газа, Дж/м3-К; т] — масса газа в рабочей камере, кг; ^ — коэффициент расхода; е, — коэффициент расширения газа; ДР, — разность давлений газа до и после клапана или щели, Па; ^ — площадь проходного сечения в клапане, м2; р] — плотность газа перед клапаном или щелью, кг/м3. Приведённая выше система уравнений решается численно методом элементарного баланса, при разработке программы расчёта был использован метод Эйлера второго порядка точности.

Условия проведения

Представленные исследования проведены на ка~ федре "Холодильная и компрессорная техника и техно-

логия" Омского государственного технического университета.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Объекты (участники) исследования

Объектом исследования является ступень длинохо-дового тихоходного поршневого компрессора без подачи смазки в проточную часть с гидроприводом. Тихоходная ступень с диаметром цилиндра 0,05 м и ходом поршня 0,5 м; временем цикла 2...4 с; внешним водяным охлаждением цилиндра (температура воды — 290 К).

В таблице 1 представлены характеристики исследуемых хладагентов.

Основные результаты исследования

На рис. 2-6 представлены зависимости температуры от степени повышения давления в рабочей камере (Е), температура всасывания соответствует температуре кипения хладагентов. Необходимо отметить, что представленные хладагенты обладают низкими показателями адиабаты сжатия.

ОБСУЖДЕНИЕ

Как видно из представленных результатов, конденсация в рабочей камере тихоходного длинноходового компрессора возможна для всех исследуемых хладагентов, поскольку при значении критической температуры текущая температура газа меньше, чем критическая. Связано это в первую очередь с их низкой температурой кипения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленные результаты свидетельствуют о перспективах разработки компактных холодильных машин при отсутствии конденсатора по причине получения жидкой фазы хладагента в рабочей камере тихоходного длинноходового компрессора.

Таблица 1. Значения критических давлений и температур некоторых газов Table 1. Values of critical pressures and temperatures of some gases

Газ Химическая формула Температура кипения, °С Критическая температура, °С Критическое давление, бар Коэффициент адиабаты

Аммиак NH3 -33,3 132,4 112,0 1.3

Углекислый газ С02 -78,9 31,0 73,0 1,4

R12 'CF2Cl2 -29,8 112,0 41,1 1,14

R22 'CHF2CI -40,8 96,0 49,3 1,14

Хладон-134а c2h2f4 -26,5 100,6 40,6 1,16

26

Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования и подготовке публикации.

ADDITIONAL INFORMATION

Authors' contribution. S.S. Busarov — model development and calculations, text writing, and article editing; A.V. Nedovenchany — model development, literature review, collection and analysis of literary sources, preparation and

writing of the text of the article; A.A. Kapelyukhovskaya — literature review, collection and analysis of literary sources, writing and editing of the article and translation. All authors made a significant contnbution to the development of the concept, research and preparation of the article, and read and approved the final version before publication. Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.

Funding source. This study was not supported by external sources of funding.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Yusha V.L., Busarov S.S., Gromov A.Yu. Assessment of the Prospects of Development of Medium-Pressure Single-Stage Piston Compressor Units // Chemical and Petroleum Engineering. 2017. Vol. 53, N 7-8. doi: 10.1007/s 10556-017-D362-2

2. Yusha V.L., Busarov S.S., Goshlya R.Yu., et al. The experimental research of the thermal conditions in slow speed stage of air reciprocating compressor // Procedia Engineering. 2016. Vol. 152. P. 297-302. doi: 10.1016/j.proeng.2016.07.706

3. Юша В.Л., Бусаров C.C. Перспективы создания малорасходных компрессорных агрегатов среднего и высокого давления на базе унифицированных тихоходных длинноходовых ступеней // Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. 2018. Т. 24, № 4. С. 80-89. doi: 10.18721/JEST.24408

4. Юша В.Л., Карагусов В.И., Бусаров С.С. Моделирование рабочих процессов тихоходных длинноходовых поршневых компрессоров // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2015. № З.С.21-24.

5. Бусаров С.С., Гошля Р.Ю, Громов А.Ю., и др. Математическое моделирование процессов теплообмена в рабочей камере тихоходной ступени поршневого компрессора // Компрессорная техника и пневматика. 2016. № 6. С. 6-10.

6. Yusha V.L., Dengin V.G., Busarov S.S., et al. The estimation of thermal conditions of highly-cooled long-stroke stages in reciprocating compressors// Procedia Engineering. 2015. Vol. 113 P. 264-269. doi: 10.1016/j.proeng.2015.07.333

7. Yusha V.L, Karagusov V.I., Busarov S.S. Modeling the work processes of slow-speed, long-stroke piston compressors // Chemical and Petroleum Engineering. 2015. Vol. 51, N 3-4. P. 177-182. doi: 10.1007/sl 0556-015-0020-5

8. Громов А.Ю. Разработка поршневых ступеней с линейным приводом для малорасходных компрессорных агрегатов

и исследование их рабочих процессов: Автореф. дисс. ... канд. техн. наук. Омск, 2017.

9. Юша В.Л., Бусаров С.С., Недовенчаный А.В., и др. Анализ температурного состояния интенсивно охлаждаемой длинноходовой тихоходной ступени поршневого компрессора // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2016. № 9. С. 11-8.

10. Бусаров С.С., Громов А.Ю., Бусаров И.С., и др. Модернизация методики расчёта процессов теплообмена в рабочей камере воздушного одноступенчатого тихоходного поршневого компрессора среднего давления на основании экспериментальных исследований // Компрессорная техника и пневматика. 2017. № 3. С.14-18.

11. Busarov S.S., Yusha V.L., Nedovenchanyi A.V. Expérimental Evaluation of the Efficiency of Long-Stroke, Low-Speed Redprocating Compressor Stages in Compression of Différent Gases // Chemical and Petroleum Engineering. 2018. Vol. 54, N 4. P. 593-597. doi: 10.1007/sl 0556-018-0520-1

12. Пластинин П.И. Поршневые компрессоры. Том 1. Теория и расчет. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Колос, 2006.

13.Фотин Б.С. Рабочие процессы поршневых компрессоров: автореф. дис. канд. техн. наук Л., 1974.

14. Юша В.Л. Системы охлаждения и газораспределения объемных компрессоров. Новосибирск: Наука, 2006.

15. Chrustalev B.S., Zdalinsky V.B., Bulanov V.P.A. Mathematical Model of Reciprocating Compressor With One or Several Stages for the Real Gases // International Compressor Engineering Conférence. ICEC, 1996. P. 1108. [дата обращения: 27.06.2023] Режим доступа: httpy/docs.lib.purdue.edu/icec/l 108

16. Френкель М.И., Поршневые компрессоры. Теория, конструкции и основы проектирования. 3-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение, 1969.

REFERENCES

1. Yusha VL, Busarov SS, Gromov AYu. Assessment of the Prospects of Development of Medium-Pressure Single-Stage Piston Compressor Units. Chemical and Petroleum Engineering. 2017;53:7-8. doi: 10.1007/sl 0556-017-0362-2

2. Yusha VL, Busarov SS, Goshlya RYu, et al. The experimental research of the thermal conditions in slow speed stage of air reciprocating compressor. Procedia Engineering. 2016;152:297-302. doi: 10.1016/j.proeng.2016.07.706

3. Yusha VL, Busarov SS. Prospects for the creation of low-flow compressor units of medium and high pressure based on unified

low-speed long-stroke stages. Nauchno-tekhnicheskie vedomosti SPbPU. Estestvennye i inzhenernye nauki. 2018;2A(4):80—89. (InRuss). doi: 10.18721/JEST.24408

4. Yusha VL, Karagusov VI, Busarov SS. Modeling the operating processes of low-speed, long-stroke piston compressors. Khimicheskoe i neftegazovoe mashinostroenie. 2015;3:21-24.

5. Busarov SS, Goshlya RYu, Gromov AYu, et al. Mathematical modeling of heat transfer processes in the working chamber of the low-speed stage of a piston compressor. Kompressornaya tekhnika i pnevmatika. 2016;6:6-10. (In Russ).

ОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Том 112. № 1,2023

Холодильная техника

6. Yusha VL, Dengin VG, Busarov SS, et al The estimation of thermal conditions of highly-cooled long-stroke stages in reciprocating compressors. Procedia Engineering. 2015;113:264-269. doi: 10.1016/j.proeng.2015.07.333

7. Yusha VL, Karagusov VI, Busarov SS. Modeling the work processes of slow-speed, long-stroke piston compressors. Chemical and Petroleum Engineering. 2015;51(3-4):177-182. doi: 10.1007/sl 0556-015-0020-5

8. Gromov AYu. Razrabotka porshnevykh stupeney s lineynym privodom dlya maloraskhodnykh kompressornykh agregatov i issledovanie ikh rabochikh protsessov [dissertation] Omsk; 2017. (In Russ).

9. Yusha VL, Busarov SS, Nedovenchanyi AV, et al. Analysis of the temperature state of an intensively cooled long-stroke low-speed stage of a piston compressor. Khimicheskoe i neftegazovoe mashinostroenie. 2016:9:11-8. (In Russ).

10. Busarov SS, Gromov AYu, Busarov IS, et al. Modernization of methods for calculating heat transfer processes in the working chamber of an air single-stage low-speed piston compressor of medium pressure based on experimental studies. Kompressornaya tekhnika i pnevmatika. 2017;3:14-18. (In Russ).

11. Busarov SS, Yusha VL, Nedovenchanyi AV. Experimental Evaluation of the Efficiency of Long-Stroke, Low-Speed Reciprocating Compressor Stages in Compression of Different Gases. Chemical and Petroleum Engineering. 2018;54(4):593-597. doi: 10.1007/sl 0556-018-0520-1

12. Plastinin PI. Piston compressors. Vol. 1. Theory and calculation. 2nd ed., revised, and additional Moscow: Kolos; 2006. (In Russ).

13. Fotin BS. Rabochie protsessy porshnevykh kompressorov [dissertation] Leningrad; 1974. (In Russ).

14. Yusha VL. Cooling and gas distribution systems for volumetric compressors. Novosibirsk: Nauka; 2006. (In Russ).

15. Chrustalev BS, Zdalinsky VB, Bulanov VP. A Mathematical Model of Reciprocating Compressor With One or Several Stages for the Real Gases. In: International Compressor Engineering Conference. ICEC; 1996:1108. Accessed: 27.06.2023. Available from: http://docs.lib.purdue.edu/icec/1108

16. Frenkel Ml. Piston compressors. Theory, structures and design fundamentals. 3rd ed., revised, and additional. Leningrad: Mashinostroenie; 1969. (In Russ).

ОБ АВТОРАХ

* Бусаров Сергей Сергеевич,

канд. техн. наук, доцент;

адрес: Российская Федерация, 644050, Омск,

Проспект Мира, д. 11;

ORCID: 0000-0001-8894-0547;

eLibrary SPIN: 4141-3733;

e-mail: [e-mail]

Недовенчаный Алексей Васильевич,

канд. техн. наук, доцент;

ORCID: 0000-0002-9691-5904;

eLibrary SPIN: 1945-2942;

e-mail: [e-mail]

Капелюховская Александра Александровна,

старший преподаватель;

ORCID: 0009-0007-4613-701Х;

eLibrary SPIN: 2410-8153

e-mail: [e-mail]

AUTHORS' INFO

* Sergey S. Busarov,

Cand. Sci. (Tech.), Associate Professor;

address: 11 Mira avenue, 644050 Omsk, Russian Federation;

ORCID: 0000-0001-8894-0547;

eLibrary SPIN: 4141-3733;

e-mail: [e-mail]

Alexey V. Nedovenchany,

Cand. Sci. (Tech.), Associate Professor; ORCID: 0000-0002-9691-5904; eLibrary SPIN: 1945-2942; e-mail: [e-mail]. Alexandra A. Kapelyukhovskaya, Senior Lecturer; ORCID: 0009-0007-4613-701X; eLibrary SPIN: 2410-8153 e-mail: [e-mail]

* Автор, ответственный за переписку / Corresponding author

"ЭДК 621.574

Возможность замены двухступенчатых холодильных компрессоров тихоходными

Канд. техн. наук С. С. БУСАРОВ1, канд. техн. наук А. В. НЕДОВЕНЧАНЫЙ, А. А. КАПЕЛЮХОВ СКАЯ Омский государственный технический университет 'E-mail: [e-mail]

В работе рассмотрена проблема совершенствования холодильных машин с двухступенчатым сжатием за счет осуществления замены двухступенчатого компрессора на одноступенчатый тихоходный. Тихоходные компрессоры имеют рабочий процесс сжатия, при котором показатель эквивалентной политропы близок к единице. Соответственно температура в конце сжатия позволяет не переходить на многоступенчатое сжатие при отношении давлений 100 и более. Известны данные по моделированию рабочего процесса хладагента R 744, поэтому именно он был выбран в качестве рабочего тела для исследований. Теоретические исследования показали, что применение тихоходных компрессоров позволит снизить потребляемую мощность до 25 %, повысить холодильный коэффициент на 30 % и при этом значительно упростить схему холодильной машины с выигрышем по массогабаритным показателям до 20 %.

Ключевые слова: тихоходный компрессор, конденсация в рабочей камере, рабочий процесс, критическое давление, критическая температура, холодильная машина, конденсатор, математическая модель, холодильный коэффициент, массогабаритные характеристики.

Информация о статье:

Поступила в редакцию 08.02.2024, одобрена после рецензирования 18.03.2024, принята к печати 28.03.2024 DOI: 10.17586/1606-4313-2024-23-2-30-35. Язык статьи — руссыш Для цитирования:

Бусаров С. С., Недовенчаный А. В., Капелтовская А. А. Возможность замены двухступенчатых холодильных компрессоров тихоходными. // Вестник Международной академии холода. 2024. № 2. С. 30-35. DOI: 10.17586/1606-4313-2024-23-2-30-35.

Possibility of replacing two-stage refrigeration compressors with low-speed ones

Ph. D. S. S. BUSAROV1, Ph. D. A. V. NEDOVENCHANY, A. A. KAPELYUKHOVSKAYA

Omsk State Technical University 'E-mail: [e-mail]

The paper examines the problem of improving refrigeration machines with Ы'о-stage compression by replacing a two-stage compressor with a single-stage low-speed one. Low-speed compressors have a compression operating process in which the equivalent polytropic index is close to unit. Accordingly, the temperature at the end of compression allows not to switch to multi-stage compression at a pressure ratio of 100 or more. The data on modeling the working process ofR 744 refrigerant are known, so it was chosen as the working fluid for the research. Theoretical studies have shown that the use of low-speed compressors allows to reduce power consumption by up to 25 %, to increase the refrigeration coefficient by 30 %, and at the same time to simplify significantly the design of the refrigeration machine with a gain in weight and size indicators of up to 20 %. AVptwrf.s: low-speed compressor, condensation in the working chamber, working process, critical pressure, critical temperature, refrigeration machine, condenser, mathematical model, coefficient of performance, weight and size characteristics.

Article Info:

Received 08/02/2024, approved after reviewing 18/03/2024, accepted 28/03/2024 DOI: 10.17586/1606-4313-2024-23-2-30-35. Article in Russian For citation:

Busarov S. S., Nedovenchany A. V., Kapeluxovskaya A. A. Possibility of replacing two-stage refrigeration compressors with low-speedones. Journal ofliiteniationalAcademy of Refrigeration. 2023. No4.p. 30-35. DOI: 10.17586/1606-4313-2024-23-230-35

Введение

В холодильной технике нередко возникает необходимость получение температур в диапазоне -40... - 60 °С. Такие температуры не удается получать в холодильных машинах с одноступенчатым поршневым компрессором [1]—[3]. Причиной этого является повышенное отношение давления конденсации к давлению кипения хладагента (р^/ро), которое традиционного для холодильных машин ограничивается значением 8 [4].

Использование поршневых машин прн повышенном отношении давления нагнетания к давлению всасывания в теории поршневых компрессоров имеет свои диапазоны, основанные на общепринятых факторах, приводящих к переходу на многоступенчатое сжатие. Самым значимым из этих факторов (причин) является рост температуры при повышении давления. Значение максимальной температуры ограничивается требованиям безопасности, обеспечивающими отсутствие возгорания масла и деформации деталей рабочей камеры. Вторым по значимости является снижение производительности, связанное с наличием вредного пространства в поршневом компрессоре. Третьим фактором является рост поршневых усилий, что приводит к переразмеренности механизма движения. Четвертым фактором является возможность снижения индикаторной работы прн реализации двухступенчатого сжатия. II пятым, пз наиболее значимых факторов, является снижение индикаторного КПД. Все эти вопросы решаются при реализации последовательного сжатия в одной ступени, охлаждешш сжатого газа и сжатия до конечного давления во второй ступени, диаметр которого меньше диаметра первой ступени, что приводи к равенству поршневых усилии в первом и втором ряду [5, 6].

Проблемы, возникающие прн сжатии хладагентов приРь/Ро> 8, решаются использованием тихоходных длинноходовых компрессоров [7]-[9]. Особенность работы таких компрессоров подробно изложено в работах [10,11], хочется отметить лишь, то, что в конструкщш минимизировано влияние мертвого объема за счет удлиненной формы цилиндра и увеличено время цикла до нескольких секунд, это позволяет получать степень повышения давления, превышающую 100...120.

Для анализа за основу возьмем известную схему двухступенчатой холодильной машины с двукратным дросселированием рис. 1.

Использование тихоходного компрессора позволит при тех же условиях реализовать схему одноступенчатого сжатия рпс. 2.

Предварительный анализ установок, представленных на рис. 1, 2 позволяет говорить о значительном упро-щешш схемы с использованием тихоходного компрессора с возможностью значительного уменьшения конденсатора или его исключешш из схемы.

Цели и задачи исследования

Ранее были получены данные по протеканию рабочего процесса в камере тихоходного компрессора с рабочим телом 11744 [12]. Данное рабочее тело будет использовано в проводимых исследованиях.

Диоксид углерода (11744) широко применяется в пищевой промышленности для заморозки продуктов [13],

Рис. 1. Схема двухступенчатой холодильной установки с двукратным дросселированием: 1-2 — сжатие в первой ступени; 2-3 — промежуточное охлаждение; 4-5 — сжатие во второй ступени; 5-6 — конденсация; 6—7 — дросселирование; 9-10 — дросселирование; 10-1 — испарение Fig. 1. Diagiam of a two-stage refrigeration unit with double throttling; 1-2 — compression in the first stage; 2-3 — intermediate cooling; 4—5 — compression in the second stage; 5-6 — condensation; 6-7 — throttling; 9—10 — thiottling; 10-1 — e\aporation

Fig. 2. Diagiam of a refrigeration unit with a low-speed compressor: 1-2 — compression; 5-6 — condensation; 9-10 — throttling; 10-1 — exaporation

экологически безопасен и имеет низкую критическую температуру, совместим практически со всеми конструкционными материалами, но не может конденсироваться прн температурах выше 31 °С.

Рис. 2. Схема холодильной установки

с тихоходным компрессором; 1—2 — сжатие; 5—6 — конденсация; 9-10 — дросселирование; 10-1 — испарение

Целью работы является анализ возможности замены двухступенчатых холодильных машин на одноступенчатые с применением тихоходного компрессора.

Задачи, которые необходимо решить для достижения цели.

1. Проанализировать схемы двухступенчатого и одноступенчатого (с тихоходным компрессором) холодильного циклов.

2. Используя модель работы тихоходного компрессора на хладагенте 11744 доказать возможность замены.

3. Проанализировать рабочие процессы компрессоров п на основашш выполненного анализа показать энергетическую эффективность применения тихоходного компрессора в холодильных машинах.

Объект исследования и методика расчета

Рассматриваемый тихоходный компрессор является герметичным безсмазочным. Рабочая камера с диаметром 0,05 м и ходом поршня 0,5 м, время рабочего процесса 2-4 с.

Ступень имеет внешне охлаждение парами хладагента. Начальные условия: температура всасывания -50 °С (223 К); давление всасывания 0,5МПа, степень повышения давления равна 12. Хладагент —11744.

Главное уравнение, осуществляющее взаимосвязь между основными процессам, происходящими в рабочей камере является уравнение первого закона термодинамики. Определим изменение внутренней энергии системы [14, 15]:

аи=аА±ая±(ат-1), (1)

где (!Л — работа, совершаемая хладагентом или работа совершаемая над хладагентом, Дж: ¿О — теплота, отведенная от газа или переданная ему от стенок рабочей камеры, Дж; комплекс (\т \ — характеризует энергию, поступающую или удаляемую нз системы потоками газа (произведение массы газа на его удельную энтальпию), Дж.

Необходимо отметить, что здесь и далее уравнения записаны для некоторого малого промежутка времени, где входящие в уравнения величины имеют неизменное значение на этом промежутке времени.

ЛА = РТйУ, (2)

где Рт — давление газа. Па: (¡V— изменение объема (произведение площади поршня на его скорость движения), м3.

Давление хладагента определяется из уравнения состояния:

Рт-«"?**.. (3)

уг

где т — текущая масса рабочего тела в системе, кг; г (Р) — функция изменения коэффициент сжимаемости рассматриваемого рабочего тела; Я — газовая постоянная, Дж/К; Уг— объем газа, м3; Тт — температура, есть функция энергии системы Ц К.

где С,, — удельная массовая теплоемкость в нзохорном процессе, Дж/ (кг-К).

с!<}=аср(Тг-Тст)Г, (5)

где аср — коэффициент теплоотдачи, определяемый экспериментально для каждого из исследуемых рабочих тел, Вт/ (м: К); ГС1 — температура стенки. К;/ — площадь теплообмена, м:.

(¡т = а.£А^2рАР, (6)

где а — коэффициент расхода; А — площадь истечения. м2; АР — перепад давления. Па; р — плотность, определяемая из уравнения состояния, кг/м3.

Уравнение (6) используется для определения массовых потоков как через клапаны (открытые или частично открытые), тогда в значение площади Л входит переменная высота подъема пластины клапана (А) и для определения массовых потоков через неплотности. В случае вычисления массовых потоков через зазоры клапанов используются величины условных зазоров, полученные экспериментально. При определении утечек через ци-лпндропоршневое уплотнение площадь А является произведением периметра цилиндропоршневого уплотнения на величину условного зазора в цилпндропоршневом уплотнении.

Для определения координаты запорного органа (Л) решается следующее уравнение:

тшЛ = ^г + ?пр + £р+<3+Уэл, (7)

где РТ, — суммарная сила, действующая на пластину со стороны газа, Н; — сила упругости пружины, Н: р — сила трения газа, Н; — сила упругости эласто-мерного элемента; в — вес запорного органа.

Упрощающие допущения, принятые для создания данной методики расчета, соответствуют общепринятым для данного класса математических моделей [16].

Результаты исследований

Рассмотрим затраты индикаторной работы на сжатие при использовании двухступенчатой схемы и одноступенчатой схемы с тихоходным компрессором. Учтем, что по известной методике коэффициент политропы сжатия для тихоходного компрессора определяется по данным работы [17]. На рнс. 3, 4 представлены индикаторные диаграммы двухступенчатого сжатия и одноступенчатого с применением тихоходного компрессора.

Анализ представленных графиков позволяет говорить об уменыпешш индикаторной работы сжатия при использовании тихоходного компрессора. Линия 1 соответствует сжатию в двухступенчатой машине, линия 2 — сжатию в тихоходной одноступенчатой. При этом заштрихованная площадь пропорциональна уменьшению работы сжатия. Видно, что линия сжатия тихоходного компрессора расположена левее по отношению к линии сжатия двухступенчатого компрессора, то есть сжатие происходит в тихоходном компрессоре в квазипзотерми-ческом режиме. Эквивалентный показатель политропы при этом примерно равен 1,1. Для режима с временем цикла 4 с снижение потребляемой мощности примерно на 25 %, по отношению к двухступенчатому сжатия, а для времени цикла 2 с — около 20 %.

Если посмотреть на температуру нагнетания при сжатии в тихоходном компрессоре она не превышает для выбранных режимов работы 10 °С. Это говорит о том, что в схеме теряет смысл установки теплообмен-

Р.МПа 6.0-

0.5 ~

6.0-

0.5

Soijih

Sum

Рис. 3. Индикаторные диаграммы двухступенчатого сжатия Рис. 4. Индикаторные диаграммы двухступенчатого сжатия

и одноступенчатого с применением тихоходного компрессора

(время цикла 2 с) Fig. 3. Indicator diagrams of two-stage compiession and singlestage one using a low-speed compressor (cycle time is 2 s)

и односту пенчатого с применением тихоходного компрессора

(время цикла 4 с) Fig. 4. Indicator diagrams of two-stage compression and singlestage one using a low-speed compiessor (cycle time is 4 s)

ннка — конденсатора. Предлагаемая схема имеет вид, представленный на рис. 5.

Таким образом исключение нз схемы конденсатора позволяет наряду с повышением эффективности холодильной машины (холодильный коэффициент повышается на 25...30%) снизить массогабарнтные показатели холодильной машины на 20 %.

Выводы

Проведенные теоретические исследования показали возможность замены двухступенчатых холодильных машин на одноступенчатые с применением тихоходных компрессоров. Низкий показатель политропы сжатия в тихоходных машинах позволяет реализовать сжатие, близкое к изотермическому. Благодаря этому температура в конце сжатия значительно ниже, что позволяет применять одноступенчатые машины до степеней сжатия 100 и выше. Применение такой схемы позволяет повысить холодильный коэффициент на 25.. .30%. При этом отсутствует необходимость установки теплообменника-конденсатора, что позволяет снизить массу и габариты всей установки на 20 %. Как видно из полученных результатов возможно получение жидкой фазы хладагента в рабочей камере компрессора. Для тихоходных компрессоров на-

Рис. 5. Схема холодильной машины с тихоходны м компрессором после проведения расчета Fig. 5. Diagram of a refrigeration machine with a low-speed compiessor after the calculations have been made

лпчие жидкости не страшно и не вызывает гидравлических ударов. Однако изучение процесса конденсации рабочего тела в компрессоре требует дополнительных исследовашш и должно быть подтверждено экспериментально, чему и будет посвящена дальнейшая работа авторов данной статьи.

Литература

Строммен И, Бредесен А. М. и др. Холодильные установки, кондиционеры н тепловые насосы для XXI века II Холодильный бизнес. 2000. № 5. С. 8-10. Воронов В. А., Леонов В. П., Рогеноер Т. М. Двухступенчатый холодильный цикл с детандером да диоксиде углерода. // Инженерный журнал: наука и инновации. 2013. № 1 (13). БОГ 10.18698/2308-6033-2013-1-595 Кошкин Н. Н„ Пекарев В. И. Теоретический анализ эффективности цикла при сжатии пара по пограничной линии. 11сследования по термодинамике. М.: Наука. 1973. С. 187-190. Холодильные машины: Учебник для студентов втузов специальности «Техника и физика низких температур» / А. В. Бараненко. Н. Н. Бухарин. В. И. Пекарев. Л. С. Тимо-феевскпй; Под обш. ред. Л. С. Тпмофеевского. СПб.: Политехника. 2006. 944 с.

References

Strommen I., Bredesen A. M. et al. Refrigeration units, air conditioners and heat pumps for the XXI century. Refrigeration business. 2000. No. 5. pp. 8-10. (in Russian) Voronov V. A., Leonov V. R. Rosenoer T. M. Two-stage refrigeration cycle with a carbon dioxide expander. Engineering Journal: Science and Innovation. 2013. no 1 (13). DOI: 10.18698/2308-6033-2013-1-595. (in Russian) KoshkinN. N.. Pekarev V. I. Theoretical analysis of cycle efficiency during vapor compression along the boundary line. Studies in thermodynamics. M.:Nauka. 1973.pp. 187-190. (in Russian) Refrigerating machines: A textbook for students of higher education institutions specializing in «Low temperature engineering and physics» / A. V. Baranenko, N. N. Bukharin. V. I. Pekarev, L. S. Timofeevsky; Under the general editorship of L. S. Timofeevsky. St. Petersburg. Polytechnic, 2006. 944 p. (in Russian)

5. Френкель M. И. Поршневые компрессоры. Теория, конструкции п основы проектирования. 3-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение, 1969. 744 с.

6. Пластинин П. И. Поршневые компрессоры. Том 1. Теория II расчет. 3-е изд., доп. М.: КолосС, 2006. 456 с.

7. Бусаров С. С., Недовенчаный А. В., Капелюховская А. А. Обоснование возможности конденсации газов в бессмазочных тихоходных холодильных компрессорах // Холодильная техника. 2023. Т. 112. № 1. С. 21-27. DOI: 10.17816/ RF513731.

8. Бусаров С. С., Недовенчаный А. В., Капелюховская А. А. Моделирование рабочих процессов в тихоходных поршневых компрессорах компактных холодильных установок // Вестник Международной академии холода. 2023. № 4. С. 22-27. DOI: 10.17586/1606-4313-2023-22-4-22-27.

9. Бусаров С. С., Недовенчаный А. В., Кооылъский Р. Э., Бусаров И. С. Обоснование возможности сжижения газов в бессмазочных тихоходных холодильных компрессорах // Компрессорная техннка и пневматика. 2023. № 2. С. 19-23.

10. Юша В. Л., Бусаров С. С. Перспективы создания малорасходных компрессорных агрегатов среднего п высокого давления на базе унифицированных тихоходных длнн-ноходовых ступеней // Научно-технпческпе ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. 2018. Т. 24. №4. С. 80-89. DOI: 10.18721/JEST. 24408.

11. Бусаров С. С. Оценка эффективности парокомпресспон-ных холодильных машинах с квазиизотермическим сжатием природных хладагентов / Бусаров С. С., Юша В. Л.. Сухов Е. В. // КАЗАХСТАН-ХОЛОД 2018: сб. докл. меж-дунар. науч.-техн. конф. Алматы: АТУ, 2018. С. 210-215.

12. Busarov S. S., Yusha V.L., Nedmenchanyi A. V. Experiment al Evaluation of the Efficiency of Long-Stroke. Low-Speed Reciprocating Compressor Stages in Compression of Different Gases // Chemical and Petroleum Engineering. 2018. Vol. 54 (4). Iss. 7-8. P. 593-597. DOI: 10.1007/ S1055 6-018-0520-1.

13. Бараненко А. В., Калюнов В. С., Эглит А. Я. Холодоснаб-женпе пищевых производств: Учебное пособие. СПБ.: СПБГУНпПТ. 2001. 69 с.

14. Пекарев В. И., Матвеев А. А. Математическая модель винтового маслозаполненного компрессора с впрыскиванием жидкого рабочего вещества // Вестник Международной академии холода. 2013. № 3.

15. Пекарев В. И. Влияние различных факторов на эффективность винтового компрессора при впрыскивании жидкости // Научный журнал НПУIITMO. Серия «Холодильная техника и кондиционирование». 2014. № 2.

16. Yusha V.L., Karagusov V. I., Busarov S. S. Modeling the work processes of slow-speed, long-stroke piston compressors // Chemical and petroleum engineering. 2015. Vol. 51. Issue 3-4. P. 177-182. DOI: 10.1007/sl0556-015-0020-5.

17. Юша В. Л., Бусаров С. С. Определение показателей политропы схематизированных рабочих процессов воздушных поршневых тихоходных длннноходовых компрессорных ступеней // Омский научный вестник. Сер. Авпацпон-но-ракетное п энергетическое машиностроение. 2020. Т. 4. № 1. С. 15-22. DOI: 10.25206/2588-0373-2020-4-1-15-22.

5. Frenkel M. I. Reciprocating compressors. Theory, constructions and fundamentals of design. 3rd ed., reprint, and additional. L., Mechanical Engineering, 1969. 744 p. (in Russian)

6. Plastinin P. I. Reciprocating compressors. Volume 1. Theory and calculation. 3rd ed., additional. M„ KolosS, 2006. 456 p. (in Russian)

7. BusarovS. S., Nedovenchanny A V., Kapelyukhovskaya A. A . Substantiation of the possibility of gas condensation in low-speed oil-free refrigerating compressors. Refrigerating equipment. 2023. Vol. 112. No. 1. PP. 21-27. DOI: 10.17816/ RF513731. (in Russian)

8. Busarov S. S., Nedovenchany A. V.. Kapeluxovskaya A. A. Modeling of working processes in low-speed reciprocating compressors of compact refrigeration units. Journal of International Academy of Refrigeration. 2023. No 4. p. 22-27. DOI: 10.17586/1606-4313-2023-22-4-22-27. (in Russian)

9. Busarov S. S., Nedovenchany A. V., Kobylsky R. E., Busarov I. S. Substantiation of the possibility of liquefaction of gases in oil-free low-speed refrigerating compressors. Compressor technology• and pneumatics. 2023. No. 2. pp. 19-23. (in Russian)

10. Yusha V. L., Busarov S. S. Prospects for the creation of low-consumption compressor units of medium and high pressure based on unified low-speed long-stroke stages. Scientific and Technical bulletin of SPbPU. Natural and engineering sciences. 2018. Vol. 24. No. 4. pp. 80-89. DOI: 10.18721/ JEST. 24408. (inRussian)

11. Busarov S. S. Evaluation of the effectiveness of steam compression refrigerating machines with quasi-isothermal compression of natural refrigerants/Busarov S. S., Yusha V. L., Sukliov E. V. KAZAKHSTAN-KHOLOD 2018: collection of dokl. international scientific and technical conf. Alrnaty: ATU, 2018. pp. 210-215. (in Russian)

12. BusarovS. S., Yusha V. L.. Nedovenchanyi A. V. Experimenta 1 Evaluation of the Efficiency of Long-Stroke. Low-Speed Reciprocating Compressor Stages in Compression of Different Oases. Chemical and Petroleum Engineering. 2018. Vol. 54 (4). Iss. 7-8. P. 593-597. DOI: 10.1007/S10556-018-0520-1.

13. Baranenko A. V., Kalyunov V. S., Eglit A Ya. Cold supply of food production: Textbook. St. Petersburg: SPBGUNiPT. 2001. 69 p. (in Russian)

14. Pekarev V. I., Matveev A. A. Mathematical model of a screw oil-filled compressor with injection of a liquid working substance. Journal of International Academy of Refrigeration. 2013. No 3. (in Russian)

15. Pekarev V. I. The influence of various factors on the efficiency of a screw compressor when injecting liquid. Scientific Journal of ITMO Research Institute. The series «Refrigeration and air conditioning». 2014. No 2. (in Russian)

16. Yusha V. L., Karagusov V. I.. Busarov S. S. Modeling the work processes of slow-speed, long-stroke piston compressors. Chemical and petroleum engineering. 2015. Vol. 51, Issue 3-4. P. 177-182. DOI: 10.1007/S10556-015-0020-5.

17. Yusha V. L.. Busarov S. S. Determination of polytropy indicators of schematized working processes of air piston low-speed long-stroke compressor stages. Omsk Scientific Bulletin. Ser. Aviation, rocket and energy engineering. 2020. Vol. 4. No. 1. pp. 15-22. DOI: 10.25206/2588-0373-2020-4-1-15-22. (in Russian)

Сведения об авторах

Information about authors

Бусаров Сергей Сергеевич

К т. а, доцент кафедры «Холодильная и компрессорная техника и технология». Омский государственный технический университет. 644050. Россия, г. Омск. пр. Мира. 11. [e-mail]

Busarov Sergey S.

Ph. D., Assosiate Professor of Refrigeration and Compressor Engineering and Technology Department. Omsk State Technical University. 644050. Russia, Omsk. Mira pr.. 11. [e-mail]

Недовеичаиый Алексей Васильевич

К. т. н.. доцент кафедры «Холодильная п компрессорная техника п технология». Омский государственный технический университет, 644050, Россия, г. Омск. пр. Мира. 11, [e-mail]

Nedovenchany Aleksey V.

Ph. D.. Assosiate Professor of Refrigeration and Compressor Engineering and Technology Department. Omsk State Technical University. 644050, Russia. Omsk, Mira pr., 11, [e-mail]

Каиелюховская Александра Александровна

Старший преподаватель кафедры «Холодильная и компрессорная техника п технология». Омский государственный техннческш! университет. 644050. Россия, г. Омск. пр. Мира, 11, [e-mail]

Kapelvukliovskaya Aleksandra A.

Senior Lecturer of Refrigeration and Compressor Equipment and Technology Department, Omsk State Technical University, 644050. Russia. Omsk, Mira pr.. 11, [e-mail]

Требования к рукописям, представляемым в журнал «Вестник МАХ»

• В начале статьи, слева - УДК;

• После названия статьи - авторы с указанием места работы и контактной информации (e-mail);

• Аннотация должна быть полноценной и информативной, не содержать общих слов, отражать содержание статьи и результаты исследований, строго следовать структуре статьи. Рекомендуемый объем 150 - 200 слов на русском и английском языках. Ключевые слова - 5-7.

• Статья должна быть структурирована:

Во введении необходимо представить содержательную постановку рассматриваемого вопроса, провести краткий анализ известных из научной литературы решении (со ссылками на источники), дать критику их недостатков, показать научную новизну и преимущество (особенности) предлагаемого подхода. В основном тексте статьи должна быть представлена строгая постановка решаемой задачи, изложены и обстоятельно разъяснены (доказаны) полученные утверждения и выводы, приведены результаты экспериментальных исследовании пли математического моделирования, иллюстрирующие сделанные утверждения. Основной текст статьи должен быть разбит на содержательные разделы.

• В заключении (Выводы) необходимо кратко сформулировать основные результаты, прокомментировать их и, если возможно, указать направления дальнейших исследовании и области применения.

• статьи представляются набранными на компьютере в текстовом редакторе Word 97-2007 на одной стороне листа через 1,5 интервала, размер шрифта 14.

• объем статьи 15-20 страниц (формат A4, вертикальный, 210x297 мм), включая аннотацию, рисунки, литературу; поля: левое - 2 см, правое - 2 см, верхнее - 2 см, нижнее - 2 см;

• формулы и отдельные символы набираются с использованием редактора формул MathType (Microsoft Equation), не вставлять формулы из пакетов MathCad и MathLab.

• Список литературных источников должен быть оформлен по ГОСТу и содержать ссылки только на опубликованные работы. Самоцитирование не более 25%, список литературы должен содержать источники не старше 5 лет и включать в себя зарубежные публикации по данной тематике. Количество пристатейных ссылок не менее 15-20.

Данные об аффилировании авторов (author affiliation).

На отдельной странице предоставляются сведения об авторах на русском и английском языках: фамилия, имя, отчество полностью, ученая степень, должности основного места работы (учебы); наименование и почтовые адреса учреждений, в которых работают авторы, e-mail, ORCID; Scopus ID; РИНЦ ID

Статьи принимаются на магнитном носителе и в печатном экземпляре или высылаются на электронный адрес редакции ус51п1ктах(п)ramblcr.ru