Робота присвячена аналізу втрат на тертя в ротаційно-пластинчастих машинах. Встановлено, що найменші втрати на тертя забезпечує мастило циліндра водою, при цьому значення коефіцієнта тертя, отримані при обробці результатів, свідчать про наявність гідродинамічного режиму мастила. Отримано несподівано великі значення втрат потужності на тертя в разі застосування масла в якості змащуючого матеріалу, що обумовлено перш за все високими гідромеханічними втратами. Аналіз ставлення «потужність тертя / індикаторна потужність»В роторно-пластинчастих компресорних машинах показав, що застосування в якості змащуючого речовини води дозволяє істотно збільшити бистроходность машин без істотного зниження їх енергетичних характеристик. Підвищення швидкохідності несмазиваемих пластинчастих машин вимагає пошуку нових технічних рішень і матеріалів вузлів тертя, які формують робочу камеру.

Анотація наукової статті з механіки і машинобудування, автор наукової роботи - Райковський Микола Анатолійович, Юша Володимир Леонідович, Кузнецов Костянтин Ігорович, Коренев Владислав Андрійович, Карпусь Володимир Сергійович


Analysis of mechanical losses in the working chamber of rotary vane machines

The work is devoted to the analysis of reducing friction losses in rotary vane machines. It is established that the smallest friction loss is provided by lubricating the cylinder with water, while the values ​​of the friction coefficient obtained by processing the results indicate the presence of the hydrodynamic lubrication regime. Unexpectedly large values ​​of friction power losses are obtained when oil is used as a lubricant, which is primarily due to high hydromechanical losses, which, according to preliminary estimates, can reach 70%. The analysis of the ratio «friction power/ indicator power»in rotary vane compressor machines shows that the use of the water as a lubricant can significantly increase the speed of machines without a significant decrease in their energy characteristics. Increasing the speed of non-lubricated plate machines requires the search for new technical solutions and materials of friction units forming the working chamber.


Область наук:
  • Механіка і машинобудування
  • Рік видавництва: 2020
    Журнал
    Омський науковий вісник. Серія «Авіаційно-ракетне і енергетичне машинобудування»
    Наукова стаття на тему 'АНАЛІЗ МЕХАНІЧНИХ ВТРАТ В РОБОЧОЇ КАМЕРІ ротаційно-пластинчастих МАШИН'

    Текст наукової роботи на тему «АНАЛІЗ МЕХАНІЧНИХ ВТРАТ В РОБОЧОЇ КАМЕРІ ротаційно-пластинчастих МАШИН»

    ?УДК 621.5.041

    DOI: 10.25206 / 2588-0373-2020-4-1-23-32

    АНАЛІЗ МЕХАНІЧНИХ ВТРАТ В РОБОЧОЇ КАМЕРІ ротаційно-пластинчастих МАШИН

    Н. А. Райковський, В. Л. Юша, К. І. Кузнєцов, В. А. Коренєв, В. С. Карпусь

    Омський державний технічний університет, Росія, 644050, м Омськ, пр. Миру, 11

    Робота присвячена аналізу втрат на тертя в ротаційно-пластинчастих машинах. Встановлено, що найменші втрати на тертя забезпечує мастило циліндра водою, при цьому значення коефіцієнта тертя, отримані при обробці результатів, свідчать про наявність гідродинамічного режиму змащення. Отримано несподівано великі значення втрат потужності на тертя в разі застосування масла в якості змащуючого матеріалу, що обумовлено перш за все високими гідромеханічними втратами.

    Аналіз ставлення «потужність тертя / індикаторна потужність» в роторно-пластинчастих компресорних машинах показав, що застосування в якості змащуючого речовини води дозволяє істотно збільшити бистроходность машин без істотного зниження їх енергетичних характеристик. Підвищення швидкохідності несмазиваемих пластинчастих машин вимагає пошуку нових технічних рішень і матеріалів вузлів тертя, які формують робочу камеру.

    Ключові слова: ротаційно-пластинчастий компресор, механічне тертя, мастило, несмази-ваемая робоча камера, потужність.

    I |

    л

    Про

    IS IB

    Ni ^

    OS про Про E н T х

    >Про z А

    | До > Про

    as

    i про

    Про

    < До

    O Про

    Вступ

    Ротаційно-пластинчасті машини займають важливе місце в інженерному застосуванні, перш за все в якості компресорів, пневмодвигу-ваному і ORC-розширювачів. Аналіз патентної активності [1] показав, що інтерес до даного типу машин високий і постійно зростаючий. В області повітряних компресорів третину продаваних в Європі машин роторного типу - це ротаційно-пластинчасті машини (за даними компанії Ing. Enea Mattei). При цьому активні роботи по виробництву та вдосконалення роторно-пластинчастих машин ведуться такими компаніями, як Ing. Enea Mattei, Mapner, DVP, Becker, Hydrovane, Torad Engineering.

    Особливістю пластинчастих машин в порівнянні з основними конкурентами (спіральні і гвинтові машини) є простота конструкції, компактність, мала вага, повна відсутність вібрацій і низький рівень шуму, висока надійність, висока стабільність характеристик протягом всього терміну експлуатації, низька вартість обслуговування і ремонту, повне відсутність пульсацій.

    Разом з тим має місце і ряд істотних недоліків таких машин, які стримують активне впровадження пластинчастих компресорів. Це перш за все великі механічні втрати на тертя (від 30 до 82% [2 - 4] в вузлах тертя, які формують робочу камеру, причому основний резерв зниження таких втрат знаходиться в сполученні «пластина-циліндр» (до 87% від усіх механічних втрат [ 5 - 9]).

    Досвід створення і дослідження в цілому роторних машин зі змащувати робочої камі-

    рій показав, що до числа основних факторів, які слід враховувати при проектуванні, відносяться втрати на тертя робочих органів між собою і про компріміруемую середу [10]. У зв'язку з чим питання зниження тертя є актуальними протягом усіх етапів вдосконалення роторно-пластинчастих машин, що підтверджується публікаціями в цій галузі досліджень [11-22].

    Метою даної роботи є експериментальне дослідження втрат на тертя в сполученні «пластина-циліндр» при мастилі робочої камери ротаційно-пластинчастої машини маслом, водою і в відсутності мастильного матеріалу.

    Методика експериментального дослідження

    В ході випробувань визначалися залежно потужності механічного тертя від частоти обертання ротора. Схема вимірювань розглянута на рис. 1.

    Потужність механічного тертя для однієї пластини визначалася непрямим методом за рівняннями:

    N

    Мщр "ГС _ Рдаш | 1дащ '

    ш = 2 | п | n,

    M = M = F | L ,

    тр дат дат дат '

    (1)

    (2) (3)

    де М - момент тертя; М - момент на дат-

    ^ Тр 1 дат ^

    Чіке сили; г - число пластин; ю - кутова швидкість; п - частота обертання ротора; Р - поки-

    z

    z

    Мал. 1. Схема вимірювання моменту тертя: 1 - датчик сили; 2 - балка; 3 - циліндр, що має можливість повороту навколо осі вала; 4 - ротор; 5 - вал; 6 - пластина Fig. 1. Scheme for measuring the moment of friction: 1 - force sensor; 2 - beam; 3 - a cylinder that can be rotated around the axis of the shaft; 4 - rotor; 5 - shaft; 6 - plate

    Про:

    . c_ < g

    CQ - <

    CQ

    Про >

    is S

    go g

    Мал. 2. Конструкція експериментального вузла стенду: 1 - ротор; 2 - циліндр в зборі; 3 - вал; 4 - водяна сорочка в зборі; 5 - шків; 6 - неметалічна пластина; 7 - корпус підшипників в зборі; 8 - підшипник циліндра; 9 - підшипник радіальний ротора Fig. 2. The design of the experimental assembly of the stand: 1 - rotor; 2 - cylinder in assembly; 3 - shaft; 4 - water shirt in the assembly; 5 - a pulley; 6 - non-metallic plate; 7 - bearing housing assembly; 8 - cylinder bearing; 9 - radial rotor bearing t

    < < n: z

    пізнання тензодатчика; L

    відстань від центру

    ротора до точки вимірювання сили на датчику.

    Коефіцієнт тертя визначався за рівнянням:

    Г =

    тр

    t

    t

    y • Fe y • Fe F

    дат_

    , 2

    • (mM • Ю2 (D - h))

    дат =

    R

    4 • L

    дат

    D

    (4)

    Fe = тпл = 1 2

    | (0,5 • D - 0,5 • h) = • Ю2 (D - h),

    (5)

    де РТР - сила тертя пластин; Л (В) - радіус (діаметр) циліндра; тпл - маса пластини; Л - висота пластини.

    Значення ру-фактора визначалося за рівнянням:

    2

    ю

    m

    пл

    р • V = -ц

    • о • Я =

    ь • ь

    Б • ШПЛ - о3

    (Б - А)

    (6)

    4 • Ь • Ь

    де Ь - товщина пластини, Ь - довжина пластини.

    В ході випробувань застосовувалися такі засоби вимірювань: тахометр АКИП-9202 - для вимірювання частоти обертання валу; ваги аналітичні ЛВ 210-А - для визначення маси пластин; датчик сили БСЬ-3Ь і перетворювач МВ110-224.4ТД - для вимірювання моменту тертя; штангенциркуль (кл. 2) - для вимірювання лінійних розмірів. Похибка визначення потужності тертя склала 0,14%, коефіцієнта тертя - 0,22%, р-у-фактора - 2%.

    У зв'язку з тим що в якості матеріалу пластин прийнятий графіт, перед першим випробуванням пластини необхідно приробити. Моментом закінчення підробітки є сталий режим тертя, який оцінюється стабілізувати значенням коефіцієнта тертя. Також закінчення підробітки оцінювалося візуально.

    Для проведення досліджень приробиться пластини і циліндр експериментальної установки необхідно протерти бензином (ГОСТ 443-76), потім етиловим спиртом (ГОСТ 5962-57).

    Результати вимірювання моменту тертя в часі записувалися і відображалися у вигляді трендів протягом усього експерименту в програмі «Ма81ег8КАОА».

    Для проведення досліджень був розроблений експериментальний стенд (рис. 2).

    Експериментальний стенд складається з вала 3, на якому встановлений ротор 1 зовнішнім діаметром 90 мм. По довжині ротора нарізані 4 паза, в яких розміщені пластини 6, виконані з графіту АГ-1500С05. Розміри пластин: довжина - 50 мм, висота - 30 мм, товщина - 5 мм. Під дією відцентрових сил при обертанні вала з ротором пластини притискаються до внутрішньої поверхні коаксиально розташованого циліндра 2 діаметром 100 мм. Виконана гарт (ИЯС 54) і шліфування (0,32 мкм) треться поверхні циліндра. Циліндр «вивішений» на підшипнику кочення 8, за рахунок якого має можливість повороту навколо осі ротора під дією сил тертя в сполученні «пластина-циліндр». Момент тертя через балку, закріплену на кришці циліндра, передається на тензодатчик. З огляду на великі тепловиділення, в результаті «сухого» тертя циліндр забезпечений сорочкою охолодження 4 з нижнім підведенням проточної води. Момент до валу 3 підводиться через ремінну передачу 5 від асинхронного електродвигуна. Передача крутного моменту реалізована парою шківів, за рахунок яких забезпечується діапазон частот обертання валу до 12 000 об / хв. Плавність регулювання частоти обертання валу забезпечує частотний регулятор. Навантаження з боку вала сприймаються підшипниками кочення 9 розміщеними в корпусі підшипників 7. Для змащення і охолодження підшипників 9 передбачена циркуляційна система мастила з верхньою подачею масла з можливістю стоку в масляний бак.

    результати випробувань

    Результати випробування в режимі мастила водою, маслом і без змащення матеріалу представлені на рис. 3 - 6.

    Найбільші втрати потужності на тертя (рис. 3) в діапазоні частот обертання валу 2000 ^ 4700 об / хв відповідають умовам «сухого» тертя, що очікувано, при цьому потужність тертя не перевищує 530 Вт в діапазоні досліджень. Несподівано великі значення потужності тертя були отримані при випробуваннях зі змазуванням циліндра маслом. В таких умовах потужність тертя досягала значень, рівних 450 Вт при частоті обертання валу 4700 об / хв, що всього на 15% нижче аналогічних показників при сухому терті. При цьому істотно менші втрати на тертя були виявлені при мастилі циліндра водою. У цьому випадку потужність тертя склала не більше 40 Вт при частоті обертання до 4700 об / хв. Високі значення потужності тертя в сполученні «пластина-циліндр» при мастилі маслом можна пояснити гідромеханічними втратами і порівняно високою в'язкістю масла.

    На рис. 4 - 6 представлені експериментальні залежності коефіцієнта тертя від частоти обертання ротора, швидкості ковзання та значення р-у-фактора.

    В цілому значення коефіцієнта тертя в діапазоні досліджень для пластин без змащення склали 0,14 ^ 0,24, при мастилі водою - 0,005 ^ 0,02, при мастилі маслом - 0,1 ^ 0,55.

    Аналіз залежностей, розглянутих на рис. 4 - 6, показав, що рівень значень коефіцієнта тертя при випробуваннях без змащення характерний для «сухого» тертя і в цілому відповідає аналогічним даним інших авторів; при мастилі водою - характерний для гідродинамічного режиму тертя; при мастилі маслом - до значень, рівних 0,15, характерний при граничному терті, для більш високих значень, ймовірно, обумовлений переміщенням шару масла пластинами (гідромеханічні втрати).

    Таким чином, результати випробування показали перспективність застосування в якості змащувальних і охолоджуючих рідин ро-тационная-пластинчастих машин, тих рідин, які мають малу в'язкість, наприклад, воду, що дозволить поліпшити енергетичні показники машини. Застосування в якості змазує рідини масла вимагає дослідження впливу кількості масла на енергетичну ефективність ротаційно-пластинчастої машини з урахуванням впливу стиснення газу.

    Результати теоретичних досліджень

    На рис. 7, 8 представлені результати теоретичної оцінки співвідношення потужності механічного тертя пластин об стінку циліндра і індикаторної потужності при адіабатичному стисненні повітря в залежності від частоти обертання валу ротаційно-пластинчастих повітродувок (рис. 7) і компресорів (рис. 8) при різній кількості пластин і ступеня внутрішнього підвищення тиску в робочій камері з урахуванням результатів експериментального дослідження

    I |

    л

    Про

    1Ш 1> N1

    ОІ Про Про Е н Т х >0 2 А

    | До > Про? Й

    й ПРО

    Про

    < До ГО

    Мал. 3. Залежність потужності тертя однієї пластини

    об стінку циліндра від частоти обертання ротора: 1 - без мастильного матеріалу; 2 - при мастилі водою;

    3 - при мастилі маслом Fig. 3. The dependence of the friction power of one plate

    on the cylinder wall on the rotor speed: 1 - without lubricant; 2 - when lubricated with water; 3 - when lubricated with oil

    Мал. 4. Залежність коефіцієнта тертя від частоти обертання ротора: 1 - без мастильного матеріалу; 2 - при мастилі водою; 3 - при мастилі маслом Fig. 4. The dependence of the coefficient of friction on the rotor speed: 1 - without lubricant; 2 - when lubricated with water; 3 - when lubricated with oil

    2;

    . c_ < g

    CQ - <

    CQ

    Про >

    >s > i > ar

    Is

    2 CK < <

    ± z

    потужності тертя, розглянутих на рис. 3. За потужність еталонного компресора приймемо потужність ідеального компресора з адіабатичним стиском [2]:

    і

    = - • Р | V |

    іа.аа. 'Вс h

    а а k -1

    (

    Рі_ РВС

    -1

    Vh = z | L | n | R | e x

    x I p + 2 | sinl в | + | Sin (P) - | P 12 J 2 | R 2 | R

    в =

    360

    e = 0,1R,

    (9)

    (10)

    (7)

    де г - число пластин; Ь - довжина циліндра; п - частота обертання валу; Я - радіус циліндра; е - ексцентриситет; р - кут між пластинами; рс - тиск всмоктування; рн - тиск нагнітання; до - коефіцієнт адіабати.

    Радіус циліндра і довжина циліндра прийняті відповідно до розмірів експериментального зразка циліндра, при цьому Я = 0,05 м; Ь =

    z

    k-1

    k

    Мал. 5. Залежність коефіцієнта тертя пластини

    0 стінку циліндра від швидкості ковзання пластини:

    1 - без мастильного матеріалу; 2 - при мастилі водою;

    3 - при мастилі маслом Fig. 5. The dependence of the coefficient of friction of the plate on the cylinder wall on the sliding speed of the plate: 1 - without lubricant; 2 - when lubricated with water; 3 - when lubricated with oil

    Про

    IS 1>

    Ni

    OS g про E н T x >0 z А

    | До > Про

    i про

    Про

    < До

    O Про

    0,6

    0,5

    0,4

    -H 0,3

    0,2

    0.1

    0,0

    |

    h

    г

    \

    \

    |

    • я: "ж - 1

    * F - Ж 2 -з

    0,0

    3,0

    6,0 9,0

    p-v, МПа-м / с

    12,0

    15,0

    Мал. 6. Залежність коефіцієнта тертя пластини об стінку циліндра від значення р-р-фактора: 1 - без мастильного матеріалу; 2 - при мастилі водою; 3 - при мастилі маслом Fig. 6. The dependence of the coefficient of friction of the plate on the cylinder wall on the value of р-р-factor: 1 - without lubricant; 2 - when lubricated with water; 3 - when lubricated with oil

    = 0,05 м. Як робоче тіло розглядається повітря, при цьому до = 1,4. Тиск всмоктування дорівнює 0,1 МПа. Прийнято чотири значення ступеня підвищення тиску (е) і відповідне йому кількість пластин [2]: е = 1,1 (г = 2); е = 1,6 (г = 4); е = 2,75 (г = 10); е = 4 (г = 20).

    З рис. 7 випливає, що в цілому зі збільшенням частоти обертання валу співвідношення «потужність тертя / індикаторна потужність» (^ тр / Мад) збільшується лінійно і для різних типів змащування сполучень змінюється з різною інтенсивністю, при цьому:

    - в разі мастила робочої камери водою при частоті обертання до 2000 об / хв співвідношення Ітп / ІАД не перевищує 30% (при е = 1,6 не більше 10%), при п = 4500 об / хв досягає 80%;

    - для несмазиваемой робочої камери при частоті обертання до 1000 об / хв співвідношення Ітп / ІАД не перевищує 70% (при е = 1,6 не більше 25%), при п = 4500 об / хв досягає 900%.

    З рис. 8 слід, що:

    - в разі мастила робочої камери водою при частоті обертання до 2000 об / хв співвідношення ^ тр / ІАД не перевищує 10-14%, а при п = = 4500 об / хв досягає 37%;

    - для несмазиваемой робочої камери при частоті обертання до 1000 об / хв співвідношення Мтр / Мад не перевищує 24-33% (33% при г = 20), а при п = 4500 об / хв досягає 500%;

    В цілому для традиційної конструкції ро-тационная-пластинчастих машин збільшення швидкохідності можливо тільки в разі смаз-

    Мал. 7. Залежність співвідношення потужності механічного тертя і індикаторної потужності при адіабатичному стисненні від частоти обертання ротора роторно-пластинчастих повітродувок при? = 1,1 + 1,6: 1 - мастило циліндра водою; 2 - мастило циліндра маслом; 3 - несмазиваемая робоча камера; 12, 22, 32 - при z = 2; 14, 24, 34 - при z = 4

    Fig. 7. The dependence of the ratio of the power of mechanical friction and indicator power during adiabatic compression on the rotational speed of the rotor of rotary vane blowers at? = 1,1 + 1,6: 1 - lubrication of the cylinder with water; 2 - cylinder lubrication with oil; 3 - non-lubricated working chamber; 12, 22, 32 - at z = 2; 14, 24, 34 - at z = 4

    S-

    2;

    . c_ < g

    CQ . < CQ

    0 >

    1 It "

    >s >

    ar

    ct ae < <

    ± z

    5,00

    4,00

    3,00 |

    5

    g

    в. H

    z

    2,00

    1.00

    o.oo

    / = 20 3 20

    / / Z = 20 2 20 • 3.0

    sS Ф / = 1 (1

    z = H>

    mj Ф

    A

    / / X /

    • A y / x

    X, z = 20 z = 10 lio ~~ "lio

    500

    1500

    2500 3500

    II, oo. хв

    4500

    Мал. 8. Залежність співвідношення потужності механічного тертя і індикаторної потужності при адіабатичному стисненні від частоти обертання ротора роторно-пластинчастих компресорів при? = 2,75 + 4: 1 - мастило циліндра водою; 2 - мастило циліндра маслом; 3 - несмазиваемая робоча камера; 110, 210, 310 - при z = 10; 120, 220, 320 - при z = 20 Fig. 8. The dependence of the ratio of the power of mechanical friction and indicator power during adiabatic compression on the rotational speed of the rotor of rotary vane compressors at? = 2,75 + 4: 1 - cylinder lubrication with water; 2 - cylinder lubrication with oil;

    3 - non-lubricated working chamber; 110, 21 (

    2

    3 - at z = 10

    320 - at z = 20

    20

    ки маловязкими рідинами, наприклад, водою. Несмазиваемие машини, з точки зору втрат енергії на механічне тертя, доцільно виконувати тихохідними з малими ступенями підвищення тиску; збільшення швидкохідності можливо, за рахунок застосування нових нестандартних конструкцій і підбору сучасних антифрикційних матеріалів.

    висновок

    В результаті виконаної роботи запропонована методика експериментального дослідження і стенд, що імітує тертя в сполученні «пластина-циліндр» ротаційно-пластинчастої машини для дослідження триботехнічних характеристик пари тертя. Похибка методики визначення потужності тертя не перевищує 0,14%. Виконано експериментальні дослідження в діапазоні частот обертання ротора 950-4700 об / хв. Результати випробувань адекватні і в цілому відповідають результатам відомих літературних даних (наприклад, для Несміт-викликають робочої камери). Аналіз результатів випробувань показав, що найменші втрати потужності на тертя досягаються за рахунок застосування маловязких змащувальних матеріалів, наприклад, води. Застосування масла в якості змащуючого і охолоджуючого робочого тіла призводить до великих механічних втрат, перш за все за рахунок гідромеханічних втрат, що вимагає проведення подальших досліджень цих процесів з урахуванням впливу стиснення газу і співвідношення масових витрат мастила і робочого тіла. Рівень значень коефіцієнтів тертя свідчить про те, що при мастилі водою спостерігається гідродинамічний режим тертя.

    Теоретичний аналіз значень співвідношення N / N показав, що застосування в якості

    mp пекло 1

    змащуючого речовини води дозволяє збільшити бистроходность ротаційно-пластинчастих машин при мінімальних механічних втрати в робочій камері. Створення швидкохідних несмазиваемих пластинчастих машин вимагає пошуку нових технічних рішень і матеріалів вузлів тертя, які формують робочу камеру.

    Список джерел

    1. Thomas C., Margraf M., Stoeckel C., Klotsche K., Hesse U. Implementation of scroll compressors into the Cordier diagram // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. б04. P. 012079. DOI: 10.10ВВ / тисяча сімсот п'ятьдесят сім-В99Х / б04 / 1/012079.

    2. Головінцев А. Г., Румянцев В. А., Ардашев В. І. [та ін.]. Ротаційні компресори. М .: Машинобудування, 19б4. 315 з.

    3. Aradau D., Costiuc L. Friction Power in Sliding Vane Type Rotary Compressors // International Compressor Engineering Conference. 199б. P. 907 - 911.

    4. Kaiser H., Kruse H. An Investigation on Reciprocating and Rotary Refrigeration Compressors // International Compressor Engineering Conference. 19В4. P. Б11 - Б17.

    5. Ma G. Y., Li H. Q. Vane Compressor // Rotary Compressor. BeiJing: China Machine Press, 2001. P. 92-1В3.

    6. Ma G. Y., Li H. Q. Rotary Compressor. BeiJing: China Machine Press, 2001. P. 140-166.

    7. Huang Y. M., Chii-Haur. Effect of Radial Blades and Port Location on the RCAC System. ASME, 1993. P. 185-191.

    8. Fukuta M. Vane Behavior in Vane Compressors under Start-up Operation (1st Report, Force Acting on Vane) // Transaction of the Japan Society Mechanical Engineers. Series B. 1993. Vol. 58, Issue 567. P. 3487-3492. DOI: 10.1299 / kikaib.59.3487.

    9. Fukuta M. Vane Behavior in Vane Compressors under Start-up Operation (2nd Report, Vane Behavior with Pressure Rise in Back Chamber) // Transaction of the Japan Society Mechanical Engineers. Series B. 1994. Vol. 60, Issue 571. P. 879-884. DOI: 10.1299 / kikaib.60.879.

    10. Мустафін Т. Н., Васильєв А. В. Розрахунок втрат потужності на тертя об компріміруемую середу в сполученні роторів і корпуса героторного компресора // Вісник Казанського технологічного університету. 2012. Т. 15, № 15. С. 211-213.

    11. Bianchi G., Cipollone R. Friction power modeling and measurements in sliding vane rotary compressors // Applied Thermal Engineering. 2015. Vol. 84. P. 276-285. DOI: 10.1016 / j.applthermaleng.2015.01.080.

    12. Bianchi G., Cipollone R. Theoretical modeling and experimental investigations for the improvement of the mechanical efficiency in sliding vane rotary compressors // Applied Energy. 2015. Vol. 142. P. 95-107. DOI: 10.1016 / j. apenergy.2014.12.055.

    13. Hoon C. S. Tribological charakteristics of various surface coatings for rotary compressor vane // Wear. 1998. Vol. 221, Issue 2. P. 77-85. DOI: 10.1016 / S0043-1648 (98) 00244-0.

    14. Mucchi E., Agazzi A., D'Elia G., Dalpiaz G. On the wear and lubrication regime in variable displacement vane pumps // Wear. 2013. Vol. 306, Issue 1-2. P. 36-46. DOI: 10.1016 / j.wear.2013.06.025.

    15. Kong X. Z., Yang H. L., Sun T. S. Study on the Calculating Model of Power of Vane Compressor // Fluid Machinery. 2005. Vol. 33 (1). P. 25-27.

    16. Hu Yu., Xu J., Wan P. [et al.]. A Study on Novel High Efficiency Vane Compressor // International Compressor Engineering Conference. 2018. Paper 2601.

    17. Cipollone R., Bianchi G., Contaldi G. Sliding vane rotary compressor energy optimization // International Mechanical Engineering Congress and Exposition, American Society of Mechanical Engineers. 2012. P. 69-80. DOI: 10.1115 / IMECE2012-85955.

    18. Badr O., Probert S., O'Callaghan P. Multi-vane expanders: Vane dynamics and friction losses // Applied Energy. 1985. Vol. 20, Issue 4. P. 253-285. DOI: 10.1016 / 0306-2619 (85) 90018-2.

    19. Platts H. Hydrodynamic lubrication of sliding vanes // International Compressor Engineering Conference. 1967. P. 164-170.

    20. Edwards T. C., McDonald A. T. Analysis of Mechanical Friction in Rotary Vane Machines // International Compressor Engineering Conference. 1972. P. 250-262.

    21. Valenti G., Murgia S., Contaldi G., Valenti A. Experimental evidence of the thermal effect of lubricating oil sprayed in sliding-vane air compressors // Case Studies in Thermal Engineering. 2014. Vol. 4. P. 113-117. DOI: 10.1016 / j.csite.2014.08.001.

    22. Valenti G., Murgia S., Costanzo I., Contaldi G., Valenti A. Modeling And Testing The Thermal Effect Of Lubricating Oil Sprayed In Sliding-Vane Air Compressors Using Pressure-Swirl Nozzles // International Compressor Engineering Conference. 2016. Paper 2505.

    I про

    про

    про

    IS

    IBS

    Ni

    OS

    про про

    Es T

    >0 z А

    про До > про as

    i про

    про

    V

    До O про

    РАЙКОВСЬКИЙ Микола Анатолійович, кандидат технічних наук, доцент (Росія), доцент кафедри «Холодильна і компресорна техніка і технологія». SPIN-код: 9140-9356 AuthorlD (РИНЦ): 684470 AuthorlD (SCOPUS): 57190974742 Юша Володимир Леонідович, доктор технічних наук, професор (Росія), завідувач кафедри «Холодильна і компресорна техніка і технологія», декан нафтохімічного інституту.

    SPIN-код: 1503-9666 ORCID: 0000-0001-9858-7687 AuthorlD (SCOPUS): 6505861937 ResearcherlD: J-8079-2013

    КУЗНЕЦОВ Костянтин Ігорович, студент групи Х-161 нафтохімічного інституту. AuthorlD (SCOPUS): 57210980871

    КОРЕНЄВ Владислав Андрійович, студент групи Х-161 нафтохімічного інституту. Карпов Володимир Сергійович, студент групи ТМО-171 нафтохімічного інституту.

    для цитування

    Райковський Н. А., Юша В. Л., Коренев В. А., Кузнєцов К. І., Карпусь В. С. Аналіз механічних втрат в робочій камері ротаційно-пластинчастих машинах // Омський науковий вісник. Сер. Авіаційно-ракетне і енергетичне машинобудування. 2020. Т. 4, № 1. С. 23 - 32. БОТ: 10.25206 / 2588-0373-2020-4-1-23-32.

    Стаття надійшла до редакції 10.02.2020 р © Н. А. Райковський, В. Л. Юша, К. І. Кузнєцов, В. А. Коренєв, В. С. Карпусь

    8 ЇЇ

    . се < g

    CQ . < CQ

    Про >

    >S >

    I?

    2 ск < <

    ± Z

    UDC 621.5.041

    DOI: 10.25206 / 2588-0373-2020-4-1-23-32

    ANALYSIS OF MECHANICAL LOSSES IN THE WORKING CHAMBER OF ROTARY VANE MACHINES

    N. A. Raikovsky, V. L. Yusha, K. I. Kuznetsov, V. A. Korenev, V. S. Karpus

    Omsk State Technical University, Russia, Omsk, Mira Ave., 11, 644 050

    The work is devoted to the analysis of reducing friction losses in rotary vane machines. It is established that the smallest friction loss is provided by lubricating the cylinder with water, while the values ​​of the friction coefficient obtained by processing the results indicate the presence of the hydrodynamic lubrication regime. Unexpectedly large values ​​of friction power losses are obtained when oil is used as a lubricant, which is primarily due to high hydromechanical losses, which, according to preliminary estimates, can reach 70%.

    The analysis of the ratio «friction power / indicator power» in rotary vane compressor machines shows that the use of the water as a lubricant can significantly increase the speed of machines without a significant decrease in their energy characteristics. Increasing the speed of non-lubricated plate machines requires the search for new technical solutions and materials of friction units forming the working chamber.

    Keywords: rotary vane compressor, mechanical friction, lubrication, non-lubricated working chamber, power.

    O

    IS IBS N1

    OS K o E h T x

    >o

    z A > O

    is

    1 o

    O

    < K

    O o

    References

    1. Thomas C., Margraf M., Stoeckel C., Klotsche K., Hesse U. Implementation of scroll compressors into the Cordier diagram // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 604. P. 012079. DOI: 10.1088 / 1757-899X / 604/1/012079. (In Engl.).

    2. Golovintsev A. G., Rumyantsev V. A., Ardashev V. I. [et al.]. Rotatsionnyye kompressory [Rotary compressors]. Moscow, 1964. 315 p. (In Russ.).

    3. Aradau D., Costiuc L. Friction Power in Sliding Vane Type Rotary Compressors // International Compressor Engineering Conference. 1996. P. 907 - 911. (In Engl.).

    4. Kaiser H., Kruse H. An Investigation on Reciprocating and Rotary Refrigeration Compressors // International Compressor Engineering Conference. 1984. P. 611-617. (In Engl.).

    5. Ma G. Y., Li H. Q. Vane Compressor // Rotary Compressor. BeiJing: China Machine Press, 2001. P. 92-183. (In Engl.).

    6. Ma G. Y., Li H. Q. Rotary Compressor. BeiJing: China Machine Press, 2001. P. 140-166. (In Engl.).

    7. Huang Y. M., Chii-Haur. Effect of Radial Blades and Port Location on the RCAC System. ASME, 1993. P. 185-191. (In Engl.).

    8. Fukuta M. Vane Behavior in Vane Compressors under Start-up Operation (1st Report, Force Acting on Vane) // Transaction of the Japan Society Mechanical Engineers. Series B. 1993. Vol. 58, Issue 567. P. 3487-3492. DOI: 10.1299 / kikaib.59.3487. (In Engl.).

    9. Fukuta M. Vane Behavior in Vane Compressors under Start-up Operation (2nd Report, Vane Behavior with Pressure Rise in Back Chamber) // Transaction of the Japan Society Mechanical Engineers. Series B. 1994. Vol. 60, Issue 571. P. 879-884. DOI: 10.1299 / kikaib.60.879. (In Engl.).

    10. Mustafin T. N., Vasiliev A. V. Raschet poter 'moshch-nosti na treniye o komprimiruyemuyu sredu v sopryazhenii

    roforov i korpusa gerofornogo kompressora [Calculation of friction power losses on the compressed medium in conjugation of rotors and the casing of the gerotor compressor] // Vest-nik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta. Herald of Kazan Technological University. 2012. Vol. 15, no. 15. P. 211 - 213. (In Russ.).

    11. Bianchi G., Cipollone R. Friction power modeling and measurements in sliding vane rotary compressors // Applied Thermal Engineering. 2015. Vol. 84. P. 276-285. DOI: 10.1016 / j.applthermaleng.2015.01.080. (In Engl.).

    12. Bianchi G., Cipollone R. Theoretical modeling and experimental investigations for the improvement of the mechanical efficiency in sliding vane rotary compressors // Applied Energy. 2015. Vol. 142. P. 95-107. DOI: 10.1016 / j. apenergy.2014.12.055. (In Engl.).

    13. Hoon C. S. Tribological charakteristics of various surface coatings for rotary compressor vane // Wear. 1998. Vol. 221, Issue 2. P. 77-85. DOI: 10.1016 / S0043-1648 (98) 00244-0. (In Engl.).

    14. Mucchi E., Agazzi A., D'Elia G., Dalpiaz G. On the wear and lubrication regime in variable displacement vane pumps // Wear. 2013. Vol. 306, Issue 1-2. P. 36-46. DOI: 10.1016 / j.wear.2013.06.025. (In Engl.).

    15. Kong X. Z., Yang H. L., Sun T. S. Study on the Calculating Model of Power of Vane Compressor // Fluid Machinery. 2005. Vol. 33 (1). P. 25-27. (In Engl.).

    16. Hu Yu., Xu J., Wan P. [et al.]. A Study on Novel High Efficiency Vane Compressor // International Compressor Engineering Conference. 2018. Paper 2601. (In Engl.).

    17. Cipollone R., Bianchi G., Contaldi G. Sliding vane rotary compressor energy optimization // International Mechanical Engineering Congress and Exposition, American Society of Mechanical Engineers. 2012. P. 69-80. DOI: 10.1115 / IMECE2012-85955. (In Engl.).

    18. Badr O., Probert S., O'Callaghan P. Multi-vane expanders: Vane dynamics and friction losses // Applied Energy. 1985. Vol. 20, Issue 4. P. 253-285. DOI: 10.1016 / 0306-2619 (85) 90018-2. (In Engl.).

    19. Platts H. Hydrodynamic lubrication of sliding vanes // International Compressor Engineering Conference. 1967. P. 164-170. (In Engl.).

    20. Edwards T. C., McDonald A. T. Analysis of Mechanical Friction in Rotary Vane Machines // International Compressor Engineering Conference. 1972. P. 250-262. (In Engl.).

    21. Valenti G., Murgia S., Contaldi G., Valenti A. Experimental evidence of the thermal effect of lubricating oil sprayed in sliding-vane air compressors // Case Studies in Thermal Engineering. 2014. Vol. 4, P. 113-117. DOI: 10.1016 / j.csite.2014.08.001. (In Engl.).

    22. Valenti G., Murgia S., Costanzo I., Contaldi G., Valenti A. Modeling And Testing The Thermal Effect Of Lubricating Oil Sprayed In Sliding-Vane Air Compressors Using Pressure-Swirl Nozzles // International Compressor Engineering Conference. 2016. Paper 2505. (In Engl.).

    RAYKOVSKY Nikolay Anatolievich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Refrigeration and Compressor Engineering and Technology Department. SPIN-code: 9140-9356 AuthorlD (RSCI): 684470 AuthorlD (SCOPUS): 57190974742 YUSHA Vladimir Leonidovich, Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of Refrigeration and

    Compressor Engineering and Technology Department, Dean of Petrochemical Department. SPIN-code: 1503-9666 ORCID: 0000-0001-9858-7687 AuthorlD (SCOPUS): 6505861937 ResearcherlD: J-8079-2013

    KUZNETSOV Konstantin Igorevich, Student

    gr. Kh-161, Petrochemical Department.

    AuthorlD (SCOPUS): 57210980871

    KORENEV Vladislav Andreyevich, Student

    gr. Kh-161, Petrochemical Department.

    KARPUS Vladimir Sergeyevich, Student

    gr. TMO-171, Petrochemical Department.

    For citations

    Raikovsky N. A., Yusha V. L., Kuznetsov K. I., Kore-nev V. A., Karpus V. S. Analysis of mechanical losses in working chamber of rotary vane machines // Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering. 2020. Vol. 4, no. 1. P. 23-32. DOI: 10.25206 / 2588-0373-20204-1-23-32.

    Received February 10, 2020.

    © N. A. Raikovsky, V. L. Yusha, K. I. Kuznetsov, V. A. Korenev, V. S. Karpus


    Ключові слова: Ротаційні-пластинчасті компресори / МЕХАНІЧНА ТЕРТЯ / ЗМАЩЕННЯ / НЕСМАЗИВАЕМАЯ РОБОЧА КАМЕРА / ПОТУЖНІСТЬ / ROTARY VANE COMPRESSOR / MECHANICAL FRICTION / LUBRICATION / NON-LUBRICATED WORKING CHAMBER / POWER

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити