Теоретическое исследование нагрузочно-скоростных и энергетических характеристик уплотнений рабочей камеры несмазываемого роторно-пластинчатого компрессора с новой трибологической схемой

Аннотация

Проведен анализ нагрузочно-скоростных режимов работы и потерь мощности на трение в трибосопряжениях рабочей камеры несмазываемого роторно-пластинчатого компрессора с новой трибологической схемой на базе разработанной математической модели. Определено, что суммарные потери мощности на трение в несмазываемой компрессорной ступени роторно-пластинчатого компрессора с новой трибологической схемой в среднем в 10 раз меньше потерь в компрессорной ступени традиционного исполнения. Установлено, что потери мощности на трение в пазу ротора несмазываемой компрессорной ступени с новой трибологической схемой составляют 30...50 % суммарных потерь мощности на трение в ступени, а в разгрузочных подшипниках качения потери мощности на трение составляют менее 2,5 % суммарных потерь мощности на трение в несмазываемой компрессорной ступени. Применение в конструкции роторно-пластинчатого компрессора новой трибологической схемы позволилоуменьшить на ~ 15 % силы реакции, действующие вдоль пластины, и на 20...30 % силы реакции, действующие на ее кромку в пазу ротора. Средние скорости скольжения в трибосопряжениях новой конструкции не более 3 м/с, что обеспечивает возможность применения перспективных полимерных композиционных материалов для уплотнительных пластин. Установлено, что наибольшее влияние на энергетические и нагрузочно-скоростные режимы работы узлов трения рабочей камеры оказывают частота вращения ротора, конструктивные параметры цилиндра и антифрикционные свойства материала уплотнительных пластин

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Калашников А.М., Райковский Н.А., Садвакасов Д.Х. и др. Теоретическое исследование нагрузочно-скоростных и энергетических характеристик уплотнений рабочей камеры несмазываемого роторно-пластинчатого компрессора с новой трибологической схемой. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2025, № 2 (153), c. 84--103. EDN: PECXBK

Литература

[1] Bianchi G., Rane S., Fatigati F., et al. Numerical CFD simulations and indicated pressure measurements on a sliding vane expander for heat to power conversion applications. Designs, 2019, vol. 3, no. 3, art. 31. DOI: https://doi.org/10.3390/designs3030031

[2] Jeon H.G., Oh S.D., Lee Y.Z. Friction and wear of the lubricated vane and roller materials in a carbon dioxide refrigerant. Wear, 2009, vol. 267, no. 5-8, pp. 1252--1256. DOI: https://doi.org/10.1016/j.wear.2008.12.097

[3] Aradau D., Costiuc L. Friction power in sliding vane type rotary compressors. International Compressor Engineering Conference, 1996, art. 1357, pp. 907--911.

[4] Hu Y., Xu J., Wan P., et al. A study on novel high efficiency vane compressor. International Compressor Engineering Conference, 2018, art. 2601.

[5] Vodicka V., Novotny V., Mascuch J. Wear behaviour of vanes for a rotary vane expander with various graphite materials under dry sliding conditions. Acta Polytech., 2018, vol. 58, no. 5, pp. 315--322. DOI: https://doi.org/10.14311/AP.2018.58.0315

[6] Davim J.P., Cardoso R. Effect of the reinforcement (carbon or glass fibres) on friction and wear behaviour of the PEEK against steel surface at long dry sliding. Wear, 2009, vol. 266, no. 7-8, pp. 795--799. DOI: https://doi.org/10.1016/j.wear.2008.11.003

[7] Elliott D.M., Fisher J., Clark D.T. Effect of counterface surface roughness and its evolution on the wear and friction of PEEK and PEEK-bonded carbon fibre composites on stainless steel. Wear, 1998, vol. 217, no. 2, pp. 288--296. DOI: https://doi.org/10.1016/s0043-1648(98)00148-3

[8] Orosz J., Kemp G., Bradshaw C. Performance and operating characteristics of a novel rotating spool compressor. International Compressor Engineering Conference, 2012, art. 2078.

[9] Bradshaw C., Orosz J., Kemp G., et al. Loss analysis of a rotating spool compressor based on high-speed pressure measurements. International Compressor Engineering Conference, 2014, art. 2271.

[10] Choo W.C., Ooi K.T. Analysis of the novel multi-vane revolving vane compressor --- investigation of vane chattering phenomenon through instantaneous working chamber pressure measurements. Int. J. Refrig., 2022, vol. 134, pp. 207--218. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2021.11.020

[11] Choo W.C., Ooi K.T. Analysis of the novel multi-vane revolving vane compressor --- theoretical modelling and experimental investigations. Int. J. Refrig., 2021, vol. 131, pp. 592--603. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2021.08.004

[12] Wang J., Liu Y., Chen Z., et al. Geometric model and pressurization analysis on a novel sliding vane compressor with an asymmetrical cylinder profile. Int. J. Refrig., 2021, vol. 129, pp. 175--183. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2021.04.032

[13] Sarip A.R., Musa M.N. Theoretical study of a novel multi vane rotary compressor. International Compressor Engineering Conference, 2012, art. 2094.

[14] Дроздов А.А., ред. Компрессорное оборудование и ГТУ для газотранспортной системы. Сб. тр. конф. СПб., Политех-Пресс, 2023. DOI: https://doi.org/10.18720/SPBPU/2/i23-275

[15] Shakya P., Ooi K.T. Introduction to coupled vane compressor: mathematical modelling with validation. Int. J. Refrig., 2020, vol. 117, pp. 23--32. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2020.01.027

[16] Kim R.H., Kim T.O., Chan W.K. Experimental study of an oil-free swing vane compressor. Int. J. Refrig., 2022, vol. 134, pp. 95--104. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2021.11.028

[17] Kuan T.A., Ooi K.T. Leakage study of a lubricant-free revolving vane compressor. Int. J. Refrig., 2021, vol. 124, pp. 122--133. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2020.12.017

[18] Ye F., Bianchi G., Rane S., et al. Analytical grid generation and numerical assessment of tip leakage flows in sliding vane rotary machines. Adv. Eng. Softw., 2021, vol. 159,art. 103030. DOI: https://doi.org/10.1016/j.advengsoft.2021.103030

[19] Wu J., Li J. Effect of part deformation on performance of a rotary compressor using propane under high temperature. Appl. Therm. Eng., 2021, vol. 194, art. 117145. DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2021.117145

[20] Райковский Н.А., Чернов Г.И., Калашников А.М. Математическое моделирование роторно-пластинчатых компрессоров с учетом взаимного влияния трибологических и режимных параметров. Трение и износ, 2023, т. 44, № 2, с. 167--179. DOI: https://doi.org/10.32864/0202-4977-2023-44-2-167-179

[21] Raykovskiy N.A., Chernov G.I., Evdokimov V.S., et al. Power loss analysis in a new oil-free rotary vane compressor: experimental investigation and mathematical modeling. Int. J. Refrig., 2024, vol. 160, pp. 298--311. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2024.01.027