Т. 7, № 1, 2023
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК. СЕРИЯ «АВИАЦИОННО-РАКЕТНОЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ»
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
|
В. А. Пронин, А. В. Кованов, В. А. Цветков, Е. Н. Михайлова, Е. А. Калашникова Оценка степени влияния фактора подвижности стенок щели при расчёте величины протечек в рабочей части спирального компрессора. Часть 1. DOI: 10.25206/2588-0373-2023-7-1-9-17 Спиральный тип компрессора нашел широкое применение в сегменте средней производительности в области холодильной и климатической техники, включая тепловые насосы. Сегодня в этой области идет активный процесс перехода с гидрофторуглеродов на натуральные хлад- агенты с низким потенциалом глобального потепления. Все больше возрастает роль СО2, который отличается низкой критической точкой и, соответственно, высокими рабочими давлениями. Для работы на новых хладагентах спиральный компрессор должен быть адаптирован с учетом всех конструктивных особенностей, основной из которых являются зазоры в проточной части машины. Следует учитывать, что термодинамические свойства диоксида углерода, отличные от гидрофторуглеродов, оказывают существенное влияние на объемные и энергетические показатели компрессора. В данном случае актуальность заключается в повышении точности расчета потерь компрессора и прогноза характеристик холодильной машины. Так как основными объемными потерями в спиральном компрессоре являются протечки рабочего вещества в его рабочей части, а сам процесс течения среды нестационарный, то интерес вызывает их количественная составляющая. Целью настоящей работы является уточнение физических основ процесса протечек в радиальном зазоре и степени влияния на него различных факторов. Такой анализ дает дальнейшую возможность уточнения методики расчета протечек компримируемой среды с учетом фактора подвижности стенок щелей. Это повысит точность получаемых результатов, которые могут служить базой к прогнозу оптимальных характеристик компрессора за счет их аппроксимации и позволит оптимизировать проектирование холодильных машин при выбранных режимах работы. Ключевые слова: спиральный компрессор, протечки рабочей среды, нестационарное течение, рабочий зазор, подвижность стенок щели, динамика протечек. |
9–17 |
|
В. Л. Юша, А. Ю. Громов, П. В. Ушаков. Анализ влияния температурных режимов поршневой длинноходовой компрессорной ступени на термодинамическую эффективность теплового насоса DOI: 10.25206/2588-0373-2023-7-1-18-25 Представлен краткий обзорный анализ применимости тепловых насосов в различных отраслях техники и производства как одной из наиболее энергосберегающих технологий. Рассмотрен теоретический цикл теплового насоса на базе поршневой длинноходовой тихоходной компрессорной ступени, позволяющей реализовать процесс сжатия в широком диапазоне величины показателя политропы. Выполнен анализ взаимосвязи интегральных характеристик и энергоэффективности теплового насоса с температурным режимом компрессорной ступени при использовании в качестве рабочего тела водяного пара. Представленные результаты теоретического анализа отражают характер зависимости тепловой мощности и коэффициента трансформации теплового насоса от показателя политропы процесса сжатия, температуры кипения, перегрева пара на всасывании, разности температур конденсации и кипения. Ключевые слова: тепловой насос, теоретический цикл, поршневой компрессор, водяной пар, процесс сжатия, показатель политропы, температура кипения, перегрев на всасывании, температура конденсации. |
18–25 |
|
С. С. Бусаров, Р. Э. Кобыльский, А. Ю. Громов Методика расчета толщины стенки лепестка манжетного цилиндропоршневого уплотнения DOI: 10.25206/2588-0373-2023-7-1-26-31 В представленной статье изложена методика расчета толщины стенки лепестка манжетного уплотнения в программном комплексе ANSYS Workbench Mechanical. Описана основная проблема, с которой сталкиваются проектировщики при выборе толщины стенки лепестка манжетных уплотнений для поршневых компрессорных агрегатов, работающих без смазки. В результате выполнения работы была рассчитана максимальная и минимальная толщина стенки для материалов, наиболее распространенных в бессмазочных компрессорных агрегатах. Антифрикционные материалы группы Флубон и Флувис, содержащих в своем составе до 20 % углеродных волокон, имеют наименьшую толщину стенки во всех рассмотренных диапазонах давлений. При этом полученные результаты позволяют говорить о низкой эффективности манжетных уплотнений с максимальной толщиной стенки при давлениях ниже 1 МПа. Ключевые слова: манжетные уплотнения, герметизация, антифрикционный материал, поршневой компрессор, контактное давление, толщина стенки. |
26–31 |
|
Е. А. Дорофеев, А. С. Тегжанов, В. Е. Щерба Анализ безнасосных систем охлаждения поршневых компрессоров DOI: 10.25206/2588-0373-2023-7-1-32-39 В статье рассмотрены существующие способы охлаждения поршневых компрессоров, где особое внимание уделено жидкостным системам, в которых движение охлаждающей жидкости осуществляется не от внешнего насоса, а за счет колебаний давления газа или разрежения. Проведен анализ конструкций систем безнасосного охлаждения, выявлены преимущества и недостатки, определены направления для дальнейшего их совершенствования. Ключевые слова: поршневой компрессор, охлаждение компрессора, безнасосное охлаждение, разрежение, колебания давления, гибридная энергетическая машина. |
32–39 |
|
Е. А. Павлюченко, А. С. Тегжанов, В. Е. Щерба, Е. А. Лысенко, А. К. Кужбанов Анализ методов расчета уплотнений гибридных энергетических машин DOI: 10.25206/2588-0373-2023-7-1-40-46 В статье рассмотрены основные методы расчета уплотнений гибридных энергетических машин. Проведен анализ работ по конструкциям гибридных энергетических машин. Рассмотрены основные виды поршневых уплотнений насосов, компрессоров и гибридных энергетических машин с акцентированием внимания на основные преимущества и недостатки каждого вида уплотнения, а также даны рекомендации по выбору уплотнений для гибридных энергетических машин. На основе анализа работ по исследованиям поршневых уплотнений рассмотрены основные методы расчета уплотнений гибридных энергетических машин и определен наиболее подходящий. Ключевые слова: уплотнения, гибридные машины, энергетические машины, ступенчатые уплотнения, щелевые уплотнения, уплотнение в виде гидродиода. |
40–46 |
|
М. Омран, А. А. Жарковский, В. А. Щур, Д. Г. Свобода Методика проектирования и оптимизации лопастной системы радиально-осевой гидротурбины DOI: 10.25206/2588-0373-2023-7-1-47-54 Предложена методика проектирования и оптимизации лопастной системы радиально-осевой гидротурбины начиная с определения основных параметров всей проточной части. Также определяется диаметр рабочего колеса, необходимый для выработки номинальной мощности. Затем с помощью программы, реализующей квазитрехмерный подход, получается форма лопасти в первом приближении. Далее проводится серия расчетов трехмерного однофазного и двухфазного вязкого течения с целью определения КПД и кавитационных качеств гидротурбины при различных режимах работы. Критические значения коэффициента кавитации определены для трех режимов работы гидротурбины. С использованием многоцелевого генетического алгоритма (MOGA) по созданной поверхности отклика и суррогатной модели, ее описывающей, проведена оптимизация энергетических и кавитационных качеств гидротурбины на трех режимах ее работы. В результате оптимизации получено значительное повышение КПД гидротурбины, особенно при частичных нагрузках. Ключевые слова: радиально-осевая гидротурбина, лопастная система, многоцелевой генетический алгоритм, математическая модель, кавитация. |
47–54 |
АВИАЦИОННАЯ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА
|
В. Н. Блинов, В. В. Косицын, А. И. Лукьянчик Исследования проектного облика электротермического микродвигателя с пористой структурой для двигательных установок малых космических аппаратов DOI: 10.25206/2588-0373-2023-7-1-55-60 Представлены результаты экспериментальных исследований на азоте с избыточным давлением 0,02 МПа электротермического микродвигателя двигательной установки малого космического аппарата с пористой структурой массой 45 г и автономным нагревательным элементом радиусом 3 мм с потребляемой мощностью до 60 Вт для времени прогрева до 300 с. Экспериментально доказана возможность использования пористой структуры в качестве объемного газовода топлива с увеличением интенсивности теплоотдачи и определена фактическая удельная теплоемкость пористой структуры. С учетом фактической удельной теплоемкости проведены теоретические исследования массы и геометрии пористой структуры в составе микродвигателя, оптимальные в отношении используемого автономного нагревательного элемента мощностью и величины нагрева топлива в диапазоне (573–1273) К. С учетом радиуса нагревательного элемента определен диапазон температур топлива (573–973) К, соответствующий оптимальным массам и радиусам пористой структуры для формирования проектного облика микродвигателя. Ключевые слова: автономный нагревательный элемент, двигательная установка, малый космический аппарат, пористая структура, проектный облик, удельная теплоемкость, электротермический микродвигатель. |
55–60 |
|
М. С. Корытов, В. С. Щербаков, И. Е. Кашапова Исследование виброзащитной системы сиденья с квазинулевой жесткостью при стохастических воздействиях на элементы ходового оборудования автогрейдера DOI: 10.25206/2588-0373-2023-7-1-61-69 При помощи разработанной в среде Matlab комплексной имитационной математической модели автогрейдера, включающей подсистемы виброзащитных опор кабины, виброзащитного механизма сиденья оператора, задания стохастических воздействий на элементы ходового оборудования при движении по микрорельефу, проведен вычислительный эксперимент, при обработке результатов которого установлено влияние ряда параметров системы на среднеквадратичное отклонение ускорения сиденья в вертикальном направлении. В качестве варьируемых параметров выступали cреднеквадратичное отклонение вертикальных координат микропрофиля опорной поверхности; скорость перемещения автогрейдера; величина зоны квазинулевой жесткости виброзащитного механизма сиденья оператора; величина прибавки коэффициента жесткости пружины виброзащитного механизма, задающая наклон среднего участка статической силовой характеристики виброзащитного механизма. Увеличение величины зоны квазинулевой жесткости позволяет в несколько раз снизить среднее значение среднеквадратичного отклонения ускорения сиденья для совокупности перемещений при различных высотах профиля и скорости. Придание средней части статической характеристики небольшого наклона также позволяет незначительно уменьшить среднее значение среднеквадратичного отклонения сиденья. Ключевые слова: виброзащита, вибрация, сиденье, квазинулевая жесткость, моделирование. |
61–69 |
Информация