Версия для печати

Т. 5, № 3, 2021

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК. СЕРИЯ «АВИАЦИОННО-РАКЕТНОЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ»

СОДЕРЖАНИЕ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ

С. С. Евгеньев, В. А. Футин К определению циркуляционной газодинамической силы, действующей на ротор центробежного компрессора с оппозитными рабочими колесами DOI: 10.25206/2588-0373-2021-5-3-9-13 Рассмотрены основные факторы, влияющие на возникновение циркуляционной газо- динамической силы в лабиринтном уплотнении двухсекционного центробежного компрессора высокого давления, действующей на ротор. Представлен метод расчета циркуляционной силы на примере реального центробежного компрессора. Ключевые слова: центробежный компрессор, рабочее колесо, боковой зазор, лабиринтное уплотнение, циркуляционные силы.	9–13
В. Л. Юша, Г. И. Чернов, И. Д. Обухов, О. Г. Бессонов, В. В. Денисенко, А. А. Гончаренко, В. Б. Шипов Многоцелевое конвертирование судовых дизелей при создании поршневых мотор-компрессорных агрегатов DOI: 10.25206/2588-0373-2021-5-3-14-22 Проводится оценка энергоэффективности различных сочетаний поршневых ступеней двигателя внутреннего сгорания, компрессора и двигателя Ренкина в составе поршневых мотор-компрессорных агрегатов на базе модернизированных судовых дизельных двигателей. В качестве объекта исследования выбран восьмицилиндровый однорядный дизельный двигатель 8Ч23/30-1, база которого используется как единая платформа для создания энерготехнологических агрегатов различного назначения и мощности. Предложенные варианты конвертирования исходного двигателя позволяют с минимальными затратами на разработку конструкции и технологии изготовления создать газомоторкомпрессорные агрегаты с пониженным расходом топлива и улучшенными массогабаритными характеристиками по сравнению с известными передвижными компрессорными станциями с приводом от дизельных ДВС. В статье на основе разработанных математических моделей рабочих процессов, протекающих в дизельном ДВС, поршневом компрессоре и в паровом двигателе Ренкина теоретически оценена возможность совместной работы силовых дизельных цилиндров с поршневыми расширителями цикла Ренкина и одной или несколькими ступенями поршневого компрессора. Рассмотрены различные возможные комбинации указанных трех элементов, а также представлены зависимости мощности двигателя, производительности компрессора в зависимости от числа ступеней сжатия компрессора и количества используемых силовых дизельных цилиндров. Ключевые слова: рекуперация, цикл Ренкина, двигатель внутреннего сгорания, компрессор.	14–22
С. С. Бусаров, А. В. Недовенчаный, Т. А. Винникова, Н. Г. Синицин, К. А. Бакулин Метод поиска соотношения конструктивных и режимных факторов применительно к тихоходным компрессорным ступеням DOI: 10.25206/2588-0373-2021-5-3-23-29 Сокращение технологических потерь природного газа в процессе производства, транспортирования и хранения имеет важнейшее энергетическое и экологическое значение. Потери природного газа являются объектом активной критики представителей «зеленой энергетики». Следует разрабатывать и популяризировать новые технологические решения, направленные на снижение косвенного влияния на экологию, связанного с производством и использованием сжиженного природного газа (СПГ), демонстрировать готовность специалистов этой отрасли энергетики учитывать современные социальные предпочтения. В статье представлен численный анализ энергоэффективности одного из этапов крупнотоннажного производства СПГ — выдача СПГ из накопительной емкости в танкер-газовоз по криогенному трубопроводу. Рассмотрена математическая модель теплового ограждения трубопровода, выполнена оценка потерь продукционного криопродукта от тепловой инерции материалов трубопровода. Дана оценка работоспособности схем, рекомендуемых для утилизации паров СПГ. Ключевые слова: слова: сжиженный природный газ, теплопритоки, трубопровод, теплоизоляция, перекоденсация паров, теплоотводящая способность.	23–29
Д. Х. Садвакасов, Г. И. Чернов, В. Л. Юша Анализ влияния факторов неопределенности на математическое моделирование процесса сжатия аммиака в области влажного пара DOI: 10.25206/2588-0373-2021-5-3-30-38 Представлен анализ влияния на математическое моделирование процесса сжатия аммиака в поршневой компрессорной ступени при конденсации его паров таких факторов неопределенности, как методика расчета коэффициента теплоотдачи и температура поверхности стенки рабочей камеры. В основу математической модели легли уравнения первого закона термодинамики для тела переменной массы, уравнение состояния реального газа, уравнения Клапейро- на–Клаузиуса и Ньютона–Рихмана. При определении величины коэффициента теплоотдачи были рассмотрены несколько известных зависимостей для расчета этих коэффициентов при капель- ной и пленочной конденсации. Результаты расчета показали, что мгновенные значения давления и температуры аммиака, а также степени сухости в процессе сжатия в области влажного пара существенно зависят от выбранной методики расчета коэффициента теплоотдачи. Значительное влияние на рассматриваемый процесс оказывает также величина температуры стенок рабочей камеры компрессора, в которой реализуется процесс сжатия. Эти факторы являются определяющими и требуют особого внимания при математическом моделировании процесса сжатия аммиака в поршневой компрессорной ступени с учетом конденсации его паров. Ключевые слова: аммиак, влажный пар, перегретый пар, процесс сжатия, математическая модель, коэффициент теплоотдачи, капельная конденсация, пленочная конденсация.	30–38
А. А. Серов, А. В. Цыганков Сравнение методов расчета эффективности регенеративного теплоутилизатора DOI: 10.25206/2588-0373-2021-5-3-39-44 Рассмотрены различные математические модели и методы расчета коэффициентов аккумуляции и регенерации в регенеративных теплообменниках приточно-вытяжных установок. Приведены уравнения теплообмена в эквивалентном канале теплоутилизатора. Проведено сравнение результатов, полученных на CFD модели и на моделях различного уровня сложности. Представ- лены результаты расчетного исследования, позволяющие оценить применимость каждого из рассмотренных методов. Ключевые слова: регенеративный теплообменник, коэффициент аккумуляции теплоты, CFD моделирование, коэффициент теплоотдачи.	39–44
Ю. А. Шостак, Н. К. Никулин, Г. Т. Цакадзе, П. А. Шостак, А. М. Шостак Влияние межступенчатого канала на эффективность молекулярной ступени комбинированного турбомолекулярного насоса DOI: 10.25206/2588-0373-2021-5-3-45-53 Одним из факторов, оказывающих влияние на эффективность молекулярной ступени в составе комбинированного ТМН является межступенчатый канал. Исследуется влияние параметров канала на откачную характеристику молекулярной ступени. Предложенный подход позволяет проводить расчет откачной характеристики молекулярной ступени с учетом воздействия на процесс откачки межступенчатого соединительного канала. Приведено сравнение откачных характеристик молекулярной ступени, полученных при расчетах с учетом канала и без учета. Приводится оценка эффективности молекулярной ступени в составе комбинированного ТМН в зависимости от геометрически и динамических параметров канала. Изложенные результаты и рекомендации позволяют расширить диапазон рабочих давлений всасывания турбомолекулярного насоса посредством исключительно параметров соединительного канала. Ключевые слова: турбомолекулярный насос, молекулярный насос, проводимость канала, объемный поток газа, канал с движущимися стенками, откачная характеристика, сопротивление, течение газа.	45–53
А. В. Бураков, А. А. Котлов, А. А. Левихин Компрессорное оборудование для повышения эффективности комплексов переработки твердых органических отходов DOI: 10.25206/2588-0373-2021-5-3-54-62 В статье описан опыт холдинга компаний «Компрессор» по созданию компрессорного оборудования для различных отраслей промышленности. Продемонстрировано использование компрессоров в составе комплексов по переработке органических отходов в рамках решения насущных экологических проблем. Исследован процесс сжатия синтез-газа для повышения эффективности процесса переработки. Для обеспечения стабильных параметров необходима надежная работа поршневых компрессоров синтез-газа в широких диапазонах режимных параметров. Обеспечение работоспособности компрессора в широких диапазонах изменения параметров требует многовариантных расчетов с целью поиска наилучших конструктивных параметров компрессора. Предложен компрессор для наиболее эффективной реализации задачи и выполнен расчет его характеристик. Ключевые слова: переработка, органические отходы, синтез газ, поршневой компрессор, математическая модель.	54–62
М. В. Тофик, А. Лёф, К. Миллуoрд, З. Гюнтер Испытания и расчет ударной усталостной прочности клапанных сталей марок Flap-X и SS 716 DOI: 10.25206/2588-0373-2021-5-3-63-74 Во время работы поршневых компрессоров пластина открывается и закрывается под действием статического перепада давления и динамического воздействия потока газа. Закрываясь, она ударяется о седло клапана, создавая напряжение и шум. Этот цикл нагрузки приводит к возникновению изгибающих и ударных усталостных напряжений в пластине. Он повторяется многократно на протяжении срока службы компрессора и определяет его ресурс и надежность. Цель этого исследования состояла в том, чтобы рассчитать ударно-усталостную прочность марок Flap-X и SS 716 и предоставить производителям компрессоров информацию, которую они могут ис пользовать для определения марки стали, используемой в их компрессорах, для повышения их надежности. Испытания на усталостную прочность при ударных нагрузках проводились на специально изготовленной установке для испытаний на ударно-усталостную прочность, кото- рая использовала воздушные импульсы для обеспечения движения лепестковых клапанов, изготовленных крупным европейским производителем компрессоров Nidec Global appliance GmbH, с частотой 315 Гц и продолжительностью импульса 2,2 миллисекунды. Тестирование проводилось в соответствии с методом, подробно описанным в Международном стандарте SS-ISO 12107:2012. Ударная усталостная прочность стальных клапанов Flap-X и SS 716 была рассчитана с точки зрения скорости удара в соответствии с модифицированным методом, указанным выше. Результаты испытаний и их статистический анализ показали, что ударная усталостная прочность марки Flap-X была выше по сравнению с маркой SS 716. Расчет и испытания на ударную усталостную прочность клапанных сталей могут помочь проектировщикам компрессоров выбрать оптимальный материал для своих конструкций компрессоров, чтобы повысить их надёжность. Чем выше ударная усталостная прочность стали типа Flap-X, тем более низкая частота отказов и более длительный срок службы при ударных нагрузках; это позволяет производителям компрессоров разрабатывать клапаны с более тонкими пластинами, поскольку при более тонких пластинах клапаны производят меньше шума при заданном давлении и частоте. Ключевые слова: поршневой компрессор, пластинчатые лепестковые клапаны, ударная усталостная прочность, эксперимент, сравнительные испытания. Перевод публикуется с разрешения авторов и оргкомитета конференции «Компрессоры и их системы» («International Conference on Compressors and their Systems») (Лондон, 2019).	63-74

АВИАЦИОННАЯ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА

В. И. Кузнецов, В. В. Макаров, А. Ю. Шандер Физико- математическая модель рабочего процесса струйного эжектора DOI: 10.25206/2588-0373-2021-5-3-75-82 Составлена уточненная физическая модель рабочего процесса струйного эжектора. На базе уточненной физической модели составлена математическая модель, учитывающая обмен работой и теплотой между эжектирующим и эжектируемым газами. На основании решения этой математической модели можно составить методику расчета оптимальных геометрических размеров струйного эжектора для получения заданных термодинамических параметров и методику расчета характеристик струйного эжектора при известных геометрических размерах. Показано влияние вязкости на энергообмен. Совпадение расчетных и экспериментальных данных удовлетворительно. Ключевые слова: струйный эжектор, компрессор, вязкость, тангенциальные напряжения, разность линейных скоростей.	75–82
Е. В. Кривонос Обоснование схемы фрезерования вафельного фона DOI: 10.25206/2588-0373-2021-5-3-83-90 В современных условиях при изготовлении вафельной обечайки для топливного бака обработка подкрепления выполняется фрезерованием на монолитной заготовке с применением специализированных станочных комплексов. При этом актуальным вопросом остается выбор схемы обработки вафельного фона: на плоской панели или на загнутой обечайке. Проблема выбора возникает из-за требований к точности изготовления вафельного фона. Важным является сохранение допуска массы детали и геометрического совершенства формы ячейки. Все это в целом влияет на восприятие расчетных нагрузок и грузоподъемность ракеты. При этом методы и процессы обработки вафельного фона должны быть производительны и экономически целесообразны. Цель работы: определить и обосновать схему фрезерования, при которой сохраняется геометрическая форма ячейки вафельного фона и обеспечивается допуск массы вафельной обечайки. Предложенное обоснование позволит на старте проектирования новых перспективных изделий более точно определять технологические и производственные затраты, необходимые для производительного изготовления деталей с вафельным фоном с заданными параметрами и точностью. Ключевые слова: вафельная панель, вафельная обечайка, фрезерование вафельного фона, топливный бак ракеты, сплав АМг6.	83–90
Ю. В. Щипкова Определение статического и динамического усилия для изготовления гофрированных лент для теплообменников аэродинамических труб DOI: 10.25206/2588-0373-2021-5-3-91-98 В статье представлены результаты экспериментального исследования, направленного на определение необходимой нагрузки при накатывании гофрированной ленты теплообменника для аэродинамических труб. Эксперименты проводились на горизонтально-фрезерном станке модели 6Н81. Результаты эксперимента распространяются на ленты из нержавеющей стали толщиной от 0,3 до 0,4 мм. Ключевые слова: статическое усилие, динамическое усилие, гофрированная лента, аэродинамические трубы, накатывание, виброустановка.	91-98