Исследование рабочих процессов поршневых компрессоров дорожно-строительных машин

Введение. В статье представлены исследования возможности повышения давления газа в одной ступени. Рассмотрены поршневые компрессоры дорожно-строительных машин, для которых, как и для любых мобильных станций, остро стоит вопрос снижения массогабаритных параметров технологического оборудования. В связи с этим цель работы – расширить диапазон давлений, получаемых в одноступенчатых поршневых машинах. Альтернативой применения существующих компрессоров со смазываемой проточной частью могут являться компрессоры с уплотнениями на основе фторопластовых композиций, не требующих жидкой смазки. В связи с этим актуальной задачей является определение диапазона отношений давлений с ограничением по температуре работы несмазываемых уплотнений. Повышение давления в одной ступени сжатия позволит значительно повысить эффективность передвижных компрессорных установок, в том числе и для дорожно-строительных работ

Материалы и методы. На основе разработанной математической модели сосредоточенными параметрами газа были проведены теоретические исследования по определению температуры цилиндропоршневых уплотнений компрессора. В статье представлены упрощающие допущения, принятые в математической модели, и система расчётных уравнений, основными из которых являются уравнение первого закона термодинамики, уравнение состояния, уравнение работы и уравнение для расчёта массовых потоков через неплотности рабочей камеры и клапаны.

Результаты. На основании теоретических исследований были получены диаграммы изменения средней температуры для одноступенчатых машин и для случая непродолжительной работы компрессора. Ограничение по температуре устанавливалось на уровне +200 0С, что характерно для исследуемых материалов на основе фторопласта.

Обсуждение и заключение. Были получены перспективные результаты, показавшие возможность расширения диапазона давлений в одноступенчатой машине. В случаях, когда не требуется соблюдений жёстких условий по температуре газа, в таких компрессорах отношение давлений может достигать 16. При этом объём ресивера может быть уменьшен до 44%. Рассмотрен также вариант с кратковременной работой компрессора от 15 до 45 мин, при этом диапазон отношения давлений может быть увеличен до 28…30, однако при этом время остывания компрессора составляет не менее 1 ч.

1. Котлов А.А., Бураков А.В. Математическое моделирование работы мобильной компрессорной станции при проведении ремонта линейной части МГП // Нефтегаз. 2021. № 3. С.25–28.

2. Филатов А.А., Велиюлин И.И., Хасанов Р.Р., Шафиков Г.А. Повышение эффективности транспорта газа путем моделирования работы мобильной компрессорной станции // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2018. № 9. С. 62–66.

3. Юша В.Л. Уменьшение массогабаритных параметров теплообменного оборудования мобильных компрессорных установок // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2006. № 4. С. 24–26.

4. Юша В.Л. Системы охлаждения и газораспределения объёмных компрессоров. Новосибирск: Наука, 2006. 286 с.

5. Прилуцкий И.К., Казимиров А.В., Молодова Ю.И., Галяев П.О. Передвижные компрессорные станции. Перспективы развития // Компрессорная техника и пневматика. 2019. № 1. С. 24–30.

6. Юша В.Л. Теоретическая оценка эффективности применения одноступенчатых длинноходовых поршневых компрессоров в холодильной технике и системах сжижения углеводородов // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2024. Т. 8, № 1. С. 17–24. DOI: 10.25206/2588-0373-2024-8-1-17-24. EDN: SWSUHV.

7. Юша В.Л., Бусаров С.С., Недовенчаный А.В. Анализ температурного режима тихоходной ступени при изменении соотношения времени прямого и обратного хода поршня // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2018. Т. 2, № 4. С.21–26. DOI: https://doi.org/10.25206/2588-0373-2018-2-4-21-28

8. John MacLaren, F. T., Kerr S.V., Tramcheck A.B. “Modelling of compressors and valves / Proceedings Institute of Refrideration. London/ 1974 – 1975.

9. Прилуцкий И.К., Молодова Ю.И., Галяев П.О., Сназин А.А., Молодов М.А., Иванова И.Л. Особенности процессов теплообмена в ступенях малорасходных машин объёмного действия с различными механизмами движения // Вестник Международной академии холода. 2017. № 4. С. 30–40. DOI: 10.21047/1606-4313-2017-16-4-30-40

10. Котлов А.А. Математический анализ работы двухступенчатого дожимающего компрессора, предназначенного для сжатия метана // Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. 2018. Т. 24, No 4. С. 51–60. DOI: 10.18721/JEST.24.

11. Кузнецов Л.Г., Молодова Ю.И., Прилуцкий А.И. Повышение герметичности поршневых компрессоров и детандеров // Холодильная техника. 1999. № 9. С . 24–25.

12. Щерба В.Е., Дорофеев Е.А. Определение диапазонов основных эксплуатационных параметров поршневой гибридной энергетической машины с регенеративным теплообменом // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2022. № 11. С. 69–77. DOI: 10.18698/0536-1044-2022-11-69-77.

13. Юша В.Л., Корнеев С.В., Бусаров С.С., Новиков Д.Г. Системы охлаждения компрессорного оборудования дорожно-строительных машин и автотракторной техники для эксплуатации в условиях Сибири и Крайнего Севера // Вестник СибАДИ. 2008. Вып.7. С.80–83.

14. Бусаров С.С., Васильев В.К., Бусаров И.С. [и др.] Параметрический анализ рабочих процессов тихоходных длинноходовых бессмазочных поршневых компрессорных ступеней на базе верифицированной методики расчёта // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. 2017. № 4 (154). С.40–44.

15. Котлов А.А., Бураков А.В. Сравнительный анализ работы одноступенчатого поршневого компрессора, сжимающего различные газы // Омский научный вестник. Серия «Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение». 2019. 3(4). 26–35. https://doi.org/10.25206/2588-0373-2019-3-4-26-35.

16. Бусаров С.С., Бакулин К.А. Повышение производительности бессмазочных малорасходных тихоходных поршневых компрессоров среднего и высокого давления // Глобальная энергия. 2024. Т. 30, № 1. С. 82–90. https://doi.org/10.18721/JEST.30104.

17. Busarov S.S., Bakulin K.A., Sinicin N.G. Enhancing the performance of reciprocating compressors // Chemical and Petroleum Engineering. Chem Petrol Eng (2024). https://doi.org/10.1007/s10556-024-01291-z.

18. Бусаров С.С., Синицин Н.Г. Создание многокамерных поршневых компрессоров // Компрессорная техника и пневматика. 2024. № 1. С.2–5.

19. Бусаров С.С., Недовенчаный А.В., Синицин Н.Г., Бакулин К.А. Перспективы повышения производительности поршневых компрессоров // Известия ТулГУ. Технические науки. 2023. Вып. 11. С. 579–580.

20. Недовенчаный А.В., Бакулин К.А., Синицин Н.Г. Применение многоцилиндровых компрессорных машин на базе малорасходных поршневых компрессорных ступеней на предприятиях непрерывного цикла производства // Компрессорная техника и пневматика. 2022. № 4. С.19–22.