Влияние внутреннего охлаждения на эффективность рабочего процесса шестеренчатого компрессора

• Автор: Визгалов, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 05.04.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 244 с. : ил.

Список условных обозначений и сокращений

Латинские буквы

РтРк-давления конечное и начальное;

Т„, Тк - температура конечная и начальная;

Я - отношение давлений в компрессоре;

ЛТК =ТК-Т„- перепад температуры в компрессоре;

с1впр - относительное массовое количество впрыскиваемой жидкости;

- массовая концентрация пара в рабочей полости;

Т,р, М—текущие температура, давление, масса газа в рабочей полости;

V- текущий объем газа в рабочей полости с учетом жидкости, абсолютная скорость капли;

Умсх - текущий объем газа в рабочей полости без учета жидкости;

IV- скорость газа;
/1- мгновенный показатель политропы; го-удельная теплота фазового перехода;
Ср, Сп Л - удельные изобарная, изохорная теплоемкости, газовая постоянная;
(2 - количество теплоты;
[/ - внутренняя энергия, относительная скорость капли; и - окружная скорость ротора на наружном диаметре;
А: - показатель адиабаты, коэффициент;
А - межцентровое расстояние, комплекс;
Ьр, Ир, Ир- длина, диаметр, радиус ротора; т - массовый расход газа через щелевые зазоры; ак- диаметр капли;
^-абсолютная скорость капли;
Уп У0-радиальная и тангенциальная составляющая скорости; г, О- координаты капли в полярной системе (радиус, угол); хк, ук - координаты капли в прямоугольной системе;
С/- коэффициент аэродинамического сопротивления капли;
Як), Ытр - мощность удельная компрессора, мощность трения;
Не - число Рейнольдса;
1Уе - число Вебера;
Ьр - число Лапласа;
Гпсческис буквы:
(р - угол поворота ротора; г- время;
т„а,- относительное время полета капли (по отношению к продолжительности рабочего процесса);

у/п - угол подрезки ротора;
Я - коэффициент подачи (производительности);
/д -КПД изотермный;
г]м~ КПД индикаторный (внутренний) изотермный; со - угловая скорость ротора;
а - коэффициент теплоотдачи, угол вылета капли из форсунки; р - коэффициент массообмена, коэффициент формы капли;
у/о - коэффициент отклонения формы капли от шарообразной за счет деформации газовым потоком;
р - коэффициент сопротивления окна, динамическая вязкость; а - коэффициент поверхностного натяжения жидкости;
5 - зазор между рабочими органами компрессора;
Индексы: к - кайля; пл - пленка; с- сечение сопла; п - пар; г - газ;
ф - форсунка;
пр - притечка в рабочую полость;
ут- утечка из рабочей полости;
ф.п. - фазовый переход прямой (испарение);
ф.о. - фазовый переход обратный (конденсация);
Сокращения:
ШКВС - шестеренчатый компрессор внешнего сжатия:
ММ - математическая модель;
КПД — коэффициент полезного действия;
ПК — поршневой компрессор;
ВК — винтовой компрессор;
ККР - компрессор с катящимся ротором;
ПГ1В - парная полость на всасывании;
РПВ - рабочая полость на всасывании;
ИРП - изолированная рабочая полость;
РПН - рабочая полость на нагнетании;
ППН - парная полость па нагнетании.
* Содержание
1. Состояние вопроса и задами исследования
1.1. Краткий обзор направлений совершенствования рабочего процесса шестеренчатых компрессоров
1.2. Преимущества и недостатки применения впрыска охлаждающей жидкости
* 1.3. Жидкости, применяемые для впрыска в объемные компрессоры
1.4. Методы термодинамического анализа рабочих процессов компрессоров с двухфазным рабочим телом
1.4.1. Методы анализа основанные на инженерном подходе к расчету рабочего процесса
1.4.2. Методы анализа основанные на математическом моделировании рабочего процесса
1.5. “ Постановка задач исследования
2. Математическая модель рабочего процесса шестеренчатого
компрессора с газожидкостным рабочим телом
2.1. Дифференциальные уравнения изменения термодинамических параметров рабочего тела в полостях объемных компрессоров
4 2.2. Движение капель жидкости в рабочей полости шестеренчатого
компрессора
2.2.1. Коэффициент аэродинамического сопротивления среды. Деформация и дробление капли потоком
2.2.2. Взаимодействие капли с поверхностью стенок рабочей полости
2.3. Определение объема рабочей полости компрессора, сил и моментов, дейв ствуюших на ротор компрессора
2.3.1. Геометрия шестеренчатого компрессора
2.3.2. Расчетные формулы для определения объема полостей
2.3.3. Результаты расчета изменения объема полостей
2.3.4. Определение сил и моментов, действующих на роторы компрессора
2.4. Тепло- и массообмен газа с жидкостью
2.4.1. Тепло- и массообмен капель жидкости
2.4.2. Тепло- и массообмен плепкп жидкости

86 96

тегральпые характеристики поршневых, винтовых компрессоров и компрессоров с катящимся ротором. Определены оптимальные диапазоны изменения таких параметров как с1епр, начального размера гк0 и температуры капель жидкости Тж0.
В частности установлено, что высокий коэффициент теплоотдачи к каплям жидкости и низкий коэффициент ее теплопроводности приводят к ярко выраженным процессам нестационарной теплопроводности в каплях. Неравномерность распределения температур увеличивается с ростом радиуса капель и для рабочего тела "гелий-спец. жидкость" разность температур на поверхности и в центре капли может достигать 90К /135/. Это нельзя не учитывать при расчете тепломассообменных процессов газа с каплями.
В перечисленных работах отсутствует рассмотрение динамики движения капель жидкости, образующихся при срыве со стенок и дроблении жидкостной пленки в процессе выталкивания газа в окно нагнетания. При внешнем сжатии или дожатии газа, характерном для компрессоров с фиксированным газораспределением, вместе с натекающим из полости нагнетания газом, жидкость заносится обратно в рабочую полость. В этом случае происходит дополнительный процесс тепломассообмена, нуждающийся в рассмотрении и учете при моделировании таких компрессоров. Кроме этого к недостаткам работ/6, 61, 108, 113, 114, 126, 134, 138, 149, 150/можно отнести то обстоятельство, что уравнения ММ не разрешены п явном виде относительно термодинамических параметров р, Т сжимаемого газа. Эго не позволяет рассматривать систему уравнений как задачу Коши, для решения которой существует, достаточно, разработанный математический аппарат, позволяющий находить численные решения с контролируемыми погрешностями.
В работах /114, 135/ па основе составленной ММ проведена многопараметрическая условная оптимизация основных параметров компрессора с двухфазным рабочим телом. В качестве объекта оптимизации были взяты компрессор с катящимся ротором и поршневой компрессор. Параметрами оптимизации являлись основные параметры впрыскиваемой жидкости, такие как с1епр,гКо,ТЖа, а также основные конструктивные параметры компрессоров, а в качестве целевой функции выбрана удельная мощность компрессора Л/,*).
Экспериментальные исследования объемных компрессоров с впрыском жидкости, помимо определения мгновенных параметров газа и внешних характеристик