Введение к работе
Актуальность проблемы
В настоящее время широкое распространение в компрессорах объемного действия (поршневых, винтовых, ротационных) получил впрыск охлаждающей жидкости. Впрыск охлаждающей жидкости позволяет существенно улучшить энергетические показатели компрессора за счет более интенсивного охлаждения сжимаемого газа, сокращения утечек сжимаемого газа и уменьшение потерь энергии на механическое трение. Однако не смотря на указанные выше преимущества, компрессоры объемного действия со впрыском жидкости обладают рядом серьезных недостатков, основными из которых являются: необходимость дополнительных затрат на дробление жидкости, увеличение массы и габаритов компрессора, необходимость дополнительных энергетических и материальных затрат на отделение жидкости и ее паров от сжатого газа. Вследствие перечисленных выше недостатков, впрыск охлаждающей жидкости в компрессорах объемного действия не получил промышленного внедрения.
Представляется целесообразным создать такую конструкцию компрессора, которая бы позволила осуществлять интенсивное охлаждение сжимаемого газа без прямого контакта сжимаемого газа с охлаждающей жидкостью, уплотнение рабочей полости и надежную жидкостную смазку трущихся поверхностей в рабочей полости. Проведенные исследования позволили установить, что этому условию удовлетворяет конструкция, в которой объединены функции компрессора и насоса, получившая название насос-компрессор (НК). Принимая во внимание, что впрыск охлаждающей жидкости получил широкое распространение в ротационных компрессорах с катящимся ротором, особенно в объектах для микрокриогенной техники, то разработка и исследование ротационного насос-компрессора с катящимся ротором (НКсКР) является важной и актуальной задачей.
Необходимо отметить, что при объединении функций насоса и компрессора в одном агрегате повышается компактность агрегата, а также существенно расширяется его область применения, т.к. в большинстве практических случаев требуется одновременно газ и жидкость под давлением.
Работа выполнена по Плану НИОКР ОмГТУ в рамках Единого Заказ-наряда и в соответствии с решениями ХIII-ХIY Конференций по вакуумной науке и технике.
Цель работы и задачи исследования
Целью данной работы является разработка и исследование ротационного насос-компрессора с катящимся ротором.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
-
Проведен анализ преимуществ и недостатков применения впрыска охлаждающей жидкости в компрессоры объемного действия и методик расчета их рабочих процессов.
-
Разработана конструкция ротационного насос-компрессора с катящимся ротором, позволяющая ликвидировать основные недостатки применения впрыска жидкости в сжимаемый газ.
-
Разработана математическая модель рабочих процессов компрессорной и насосной секции исследуемого агрегата.
-
Проведен комплекс экспериментальных исследований, позволивший получить новые экспериментальные данные и подтвердить адекватность разработанных математических моделей.
-
На основе разработанных математических моделей проведен анализ влияния конструктивных и режимных параметров на эффективность работы исследуемого агрегата.
Методы исследования. В работе использованы методы математического анализа, математического моделирования, механики жидкости, термодинамики, методы формальной логики, анализа и синтеза конструкции путем конвергенции конструктивных признаков. Физические методы исследования – тензометрия малых деформаций, электрические методы измерения динамических процессов.
Научная новизна. Заключается в полученных теоретических и экспериментальных исследованиях ротационного насос-компрессора с катящимся ротором.
В том числе:
-
Разработана математическая модель рабочих процессов компрессорной секции насос-компрессора с катящимся ротором.
-
Разработана математическая модель рабочих процессов насосной секции насос-компрессора с катящимся ротором.
-
На основе проведенных экспериментальных исследований подтверждена адекватность разработанных математических моделей.
-
Проведена оценка влияния основных конструктивных и режимных параметров на экономичность и производительность компрессорной и насосной секции.
Практическая ценность:
Состоит в разработке конструкции ротационного насос-компрессора с катящимся ротором и в его экспериментальном исследовании.
В том числе:
-
Разработан стенд для исследования ротационного насос-компрессора с катящимся ротором.
-
Разработан экспериментальный образец ротационного насос-компрессора с катящимся ротором и проведено его экспериментальное исследование.
-
На основе разработанных математических моделей рабочих процессов получены рекомендации по повышению эффективности работы компрессорной секции насос-компрессора с катящимся ротором.
-
Предложены рациональные значения конструктивных и режимных параметров, обеспечивающие заданные значения производительности насосной и компрессорной секции исследуемого агрегата.
-
Разработанная конструкция насос-компрессора и созданный стенд для ее исследования внедрены в учебный процесс при изучении курсов «Объемные гидромашины и гидропередачи» и «Компрессоры», для студентов, обучающихся по специальности 150802 «Гидравлические машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика».
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Конструкция ротационного насос-компрессора с катящимся ротором.
-
Математические модели рабочих процессов насосной и компрессорной секций исследуемого агрегата.
-
Экспериментальный стенд и результаты исследования опытного образца насос-компрессора с катящимся ротором.
-
Результаты теоретических и экспериментальных исследований по влиянию основных конструктивных и режимных параметров на производительность и экономичность исследуемого агрегата.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и получили положительную оценку на регулярных научных семинарах кафедры ГМиТМ ОмГТУ (2002-2010 гг.), МНТК «Гидрогазодинамика, гидравлические машины и гидропневмосистемы», (Москва, МЭИ, 2006), на XIII и XIY НТК с заруб. участием «Вакуумная техника и технология» (М. – МГИЭМ, - Сочи, 2006, 2007 гг.), VI МНТК «Динамика систем, механизмов и машин», Омск, ОмГТУ, 2007.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ (4 статьи и 5 докладов на конференциях различного ранга), в том числе 1 статья в изданиях перечня ВАК, один патент РФ на изобретение.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из оглавления, списка обозначений и сокращений, введения, четырех глав, заключения с общими выводами, приложений и списка литературы, содержащего 105 наименований использованных первоисточников. Общий объем работы – 256 страниц, основной текст изложен на 237 страницах, содержит 91 рисунок. В приложении представлены фотографии элементов и узлов экспериментальной установки и ее внешний вид.
