Повышение эффективности регулирования производительности и геометрической степени сжатия холодильных винтовых компрессоров с помощью внутренних устройств тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.03, кандидат наук Зимков, Артур Анатольевич

• Зимков, Артур Анатольевич
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Зимков, Артур Анатольевич

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ХОЛОДИЛЬНЫХ ВИНТОВЫХ КОМПРЕССОРОВ

1.1. История развития холодильных винтовых компрессоров

1.2. Анализ работ по исследованию регуляторов производительности и геометрической степени сжатия

1.3. Анализ работ по исследованию методов расчета рабочих процессов винтовых компрессоров

Глава 2. РАСЧЕТ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ХОЛОДИЛЬНОГО ВИНТОВОГО КОМПРЕССОРА

2.1. Характер рабочего процесса холодильного винтового компрессора

2.2 Экспериментальное исследование маслозаполненного винтового компрессора с различными регуляторами производительности

2.3 Геометрические зависимости для определения массообмена между парными полостями винтового компрессора

2.4. Расчет параметров состояния пара хладагента в элементарном рабочем процессе сжатия в ВКМ

2.5. Коэффициент подачи холодильного маслозаполненного винтового компрессора

2.6. Расчет процесса сжатия маслозаполненного холодильного винтового компрессора

2.7. Расчет термодинамических и теплофизических свойств хладагента и масла

Глава 3. РАСЧЕТ ПОТЕРЬ РАБОТЫ ВИНТОВОГО КОМПРЕССОРА В ПРОЦЕССЕ НАГНЕТАНИЯ И ПЕРЕПУСКА ПАРА НА ВСАСЫВАНИЕ ПРИ РЕГУЛИРОВАНИИ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

3.1. Определение площади торцевой части окна нагнетания со стороны ведущего винта

3.2. Определение площади торцевой части окна нагнетания со стороны ведомого винта

3.3. Определение площади цилиндрической части окна нагнетания

3.4. Площади окна нагнетания винтовых компрессоров с различными профилями винтов

3.5. Влияние геометрии винтов компрессора на процесс выталкивания и перепуска пара на всасывание

Глава 4. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РЕГУЛЯТОРОВ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ СТЕПЕНИ СЖАТИЯ ХОЛОДИЛЬНОГО ВИНТОВОГО КОМПРЕССОРА

4.1. Предлагаемая схема регулятора производительности и геометрической степени сжатия

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

р- давление;

Т - абсолютная температура; t- температура в °С, время; V- удельный объем; р- плотность; Ai - разность температур; г - энтальпия;

и - удельная внутренняя энергия; R - газовая постоянная;

С , Сг - изобарная и изохорная теплоемкость; Q - количество теплоты; L - работа;

G - масса рабочего вещества; Q0 - холодопроизводительность; s - холодильный коэффициент; п - частота вращения; ç), - угол поворота ведущего винта; ¡л - коэффициент расхода; £ - коэффициент сопротивления; W - объем полости винта; Я - коэффициент подачи; F - площадь; D - диаметр; ô - высота щели; / - длина щели;

rjsi, rjse - изоэнтропный внутренний и изоэнтропный эффективный коэффициент полезного действия; H - ход винта; г - число зубьев винта; К, - относительная длина винтов;

/i/7> fin " площадь впадины между зубьями в торцевой плоскости ведущего и ведомого винтов; 1в - длина винтов;

гь - угол закрутки ведущего винта; т\з.пред " предельный угол закрутки ведущего винта; Rl, R2 - радиусы внешних окружностей винтов; RlH, R2h - радиусы начальных окружностей винтов;

2-) -/?2н

/12 = — = - передаточное число;

2\ К\н

/2, =1//12 - передаточное отношение; ег - геометрическая степень сжатия; кн - внешняя степень повышения давления.

ИНДЕКСЫ 1(2) - ведущий (ведомый) ротор; он - окно нагнетания;

2(1) - параметры рабочего вещества в полости, из которой производит истечение через щель (в полости, в которую происходит истечение).

СОКРАЩЕНИЯ

ВЩ - ведущий винт; ВМ - ведомый винт;

ВКМ - маслозаполненный винтовой компрессор.

Остальные условные обозначения поясняются в тексте работы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности регулирования производительности и геометрической степени сжатия холодильных винтовых компрессоров с помощью внутренних устройств»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Использование искусственного холода в нефтехимической, пищевой промышленности, а также в быту связано со значительными затратами энергии при его производстве. В связи с этим главной задачей для экономики страны является разработка и внедрение новейших технических решений, направленных на снижение потребляемой электроэнергии холодильными машинами. Для решения поставленной задачи, необходимым условием является повышение энергетической эффективности компрессоров, так как именно на долю компрессоров приходится значительная часть энергопотребления холодильной машины в целом. Эта величина в значительной мере зависит от режима работы машины, т.е. средне- или низкотемпературный режим, в среднем на долю компрессора приходится порядка 47% потребляемой холодильной машиной электроэнергии.

В настоящее время в холодильной технике наиболее распространенным типом компрессоров являются маслозаполненные винтовые компрессоры (ВКМ). ВКМ обладают высокими энергетическими показателями и рядом эксплуатационных достоинств перед другими типами компрессоров.

Высокая надежность и долговечность ВКМ по сравнению с поршневыми машинами связана с отсутствие в конструкции ВКМ клапанов и деталей, подверженных интенсивному износу. Еще одним из достоинств ВМК является высокая скорость вращения роторов (2950...6000 об/минуту и более), которая обеспечивает высокую производительность при малой массе и габаритах компрессора. ВКМ не требуют тяжелых и громоздких фундаментов из-за полной уравновешенности винтов. ВКМ обеспечивает равномерную подачу пара и стабильные рабочие характеристики в процессе длительной эксплуатации, при своевременном проведении регламентных работ [3, 4, 20, 68, 78].

По сравнению с центробежными компрессорами у холодильных ВКМ отсутствует явление помпажа, а также незначительно изменяется производительность и КПД машины в большом диапазоне внешней степени сжатия [3, 4, 20, 67, 78].

Достоинством винтового компрессора является возможность осуществления плавного регулирования производительности в диапазоне от 10 % до 100 %. В конструкцию винтовых маслозаполненных компрессоров может быть интегрирован один регулятор производительности, позволяющий изменять эффективную длину винтов, что приводит к изменению объема парной полости в начале процесса сжатия, назовем данную схему регулятора "классической". В случае применения "классической" схемы при регулировании производительности положение окна нагнетания, а соответственно и объем парной полости при соединении с окном нагнетания остаются всегда постоянными, таким образом, уменьшение производительности приводит к уменьшению геометрической

степени сжатия. Что в свою очередь приводит к несовпадению давления в конце процесса сжатия и давления нагнетания, а это приводит к росту потерь работы компрессора из-за внешнего дожатием хладагента. В связи с этим возникает необходимость регулировать геометрическую степень сжатия при полной производительности и при регулировании производительности. В настоящее время иностранные производители ВКМ применяют регулятор, состоящий из двух золотников. Конструкция такого регулятора позволяет реализовать два закона регулирования геометрической степени сжатия при уменьшении производительности в зависимости от температурного режима работы компрессора. Возможно осуществление регулирования производительности и геометрической степени сжатия ВКМ при помощи интегрированного золотника и заслонок [44]. В литературных источниках отсутствуют рекомендации по изменению геометрической степени сжатия в случае регулирования производительности ВКМ с помощью различного вида регуляторов, а также в случае работы компрессора на различных режимах.

Существенное влияние на объемные и энергетические характеристики работы ВКМ оказывает такая особенность рабочего процесса как внутренний массообмен между сопряженными рабочими полостями. Массообмен зависит от величины зазоров между профилями и сопротивления щелей перетечкам рабочего вещества, а также от длины линии контактов между профилями и величины площади треугольной щели. Все эти параметры определяются типом профиля зубьев и числом зубьев на ведущем и ведомом винтах. В СССР были разработаны ряды винтов компрессора с асимметричными и эллиптическими профилями и числом зубьев на ведущем винте - 4 и ведомом - 6. В настоящее время многие зарубежные компании уже успешно выпускают винтовые компрессоры с роторами, которые имеют новые профили и соотношение числа зубьев на ведущем и ведомом винтах 4/5; 5/6; 5/7. Такие ВКМ обладают более высокими значениями коэффициента подачи и индикаторного КПД по сравнению ранее разработанными профилями [53 ... 64, 87, 89].

Наряду с разработкой новых профилей зубьев, компании, выпускающие холодильные винтовые компрессоры, большое внимание уделяют разработке регуляторов производительности и геометрической степени сжатия, для повышения энергоэффективности ВКМ при частичных нагрузках.

В литературных источниках отсутствует информация о влиянии различных типов регуляторов производительности и геометрической степени сжатия на эффективность ВКМ при частичных нагрузках. Не рассмотрено влияние регуляторов производительности на характер протекания рабочих процессов: выталкивания "лишней" порции газа в полость всасывания, натекание хладагента в парную полость в процессе сжатия, а также выталкивания газа из парной полости в камеру нагнетания.

В настоящее время отсутствуют обобщенные результаты исследований рабочих процессов, происходящих в ВКМ, работающих как при полной нагрузке, так и при частичной производительности, в случае если в конструкцию компрессоров интегрированы различные конструктивные

схемы регуляторов. Также отсутствуют методы расчета, которые бы позволили определить объемные и энергетические характеристики ВКМ, оборудованного различными конструктивными схемами регуляторов. Только на основании комплекса, проведенных теоретических и экспериментальных исследований, возможно, определить эффективные зависимости изменения геометрической степени сжатия при уменьшении производительности, которые позволят снизить энергопотребление компрессоров, работающих в составе паровых холодильных машин, для каждой из схем регуляторов в частности.

Цель работы. Определение методов повышения эффективности работы винтовых компрессоров, оборудованных встроенными регуляторами производительности и геометрической степени сжатия, в составе паровой холодильной машины при полной и частичной нагрузках. Основными задачами исследования являются:

- развитие методов расчета ВКМ при регулировании производительности;

разработка математической модели, учитывающей влияние конструктивной схемы регуляторов производительности на эффективность работы ВКМ;

- на основе разработанной математической модели определение объемных и энергетических показателей холодильных винтовых компрессоров при регулировании их производительности;

- анализ факторов, влияющих на эффективность регулирования производительности холодильных винтовых компрессоров;

- разработка рекомендаций по повышению эффективности регуляторов производительности холодильных винтовых компрессоров.

Основные положения, научная новизна которых защищается:

методы расчета холодильных винтовых компрессоров при интегрировании в корпус компрессора трех различных конструктивных вариантов регуляторов производительности;

- методы расчёта процесса сжатия, который в случае несовпадения внутреннего давления в ПП и давления нагнетания сопровождается натеканием компримируемой среды в парную полость, а затем выталкиванием среды в камеру нагнетания. А так же процесса перепуска части среды из ПП через открывшееся перепускное окно обратно на всасывание в процессе регулирования производительности;

метод определения составляющих окна нагнетания, т.е. цилиндрической и торцевой частей, при различных значениях геометрической степени сжатия;

- предложенные новые критерии, а именно: приведенная относительная длина линии контакта винтов и приведённая относительная площадь

I I пр

окна нагнетания Р011 пр, которые позволяю провести оценку геометрических

показателей теоретических профилей и область их эффективного применения;

- рекомендации по эффективному изменению геометрической степени сжатия для различных конструкции регуляторов при регулировании производительности.

Практическая ценность работы. Разработанная методика расчета элементов конструкции холодильных винтовых компрессоров, позволяет оценить влияние выбора схемы регулятора производительности на эффективность работы ВКМ при регулировании производительности. Апробация работы. Материалы, изложенные в диссертации докладывались и обсуждались на III Международная научно-техническая конференция «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке» - С.-Пб., 2007 г; V Международная научно-техническая конференция «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке», -С.-Пб., 2011 г; IX Международная научно-техническая конференция «Современные проблемы холодильной техники и технологий»: Одесса, 2013. - с. 34.; Международная научно-техническая конференция «25-летие Монреальского протокола по озоноразрушающим хладагентам в контексте экологической бивалентности и доминирующей реальности» — С.-Пб., 2013 г.

Внедрение результатов работы. При проектировании холодильных винтовых компрессоров в ОАО «Компрессор» использованы разработанные в диссертационной работе методы расчета элементов конструкции ВКМ, рекомендации по использованию конструкций регуляторов производительности и геометрической степени сжатия, а также эффективные законы изменения геометрической степени сжатия при уменьшении производительности винтовых компрессоров.

Использование изложенных в диссертационной работе методик позволило оптимизировать время и затраты при проектировании ВКМ, а использование рекомендаций по конструктивному решению регуляторов производительности и геометрической степени сжатия позволит существенно повысить эффективность их работы.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 8 печатных работах [19, 34, 36, 37, 40, 41,42, 43].

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа включает в себя введение, три главы, заключение и содержит 116 страниц основного текста, 5 таблиц, 77 рисунков. Список литературы включает в себя 105 источников.

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ И ТЕНДЕНЦИИ

РАЗВИТИЯ ХОЛОДИЛЬНЫХ ВИНТОВЫХ МАСЛОЗАПОЛНЕННЫХ

КОМПРЕССОРОВ

Первые винтовой компрессор (ВК) был запатентован (#4121) в Германии в 1878 году Хайрихом Кригаром (Heirich Krigar) [86]. Но основателем прообраза современного винтового компрессора является Альфом Лисхольм, главный инженер компании Ljunstrom Angturbin AB, который запатентовал свое изобретение более 80 лет назад. Впоследствии данная компания стала именоваться как Svenska Rotor Maskiner или кратко SRM

Первые работы, связанные с разработкой данного типа машин в СССР, начали проводиться с 1949 года. В начале 70-х годов прошлого века на Казанском компрессорном заводе [45] было организовано серийное производство винтовых холодильных маслозаполненных компрессоров [44]. Ведущий научно-исследовательский институт в данной области ВНИИхолодмаш, конструкторское бюро Казанский СКБК и Казанский компрессорный завод занимались проектированием и внедрением в производство винтового холодильного маслозаполненного компрессора.

Основоположником отечественных винтовых компрессоров является И.А. Сакун, заложивший теоретические основы расчета и проектирования ВК.

Огромный вклад в создание и развитие отрасли отечественного винтового компрессоростроения внесли работы: П.А. Андреева, С.Е. Захаренко, В.Д. Лубенца, Б.Л. Гринпресса, A.B. Быкова, И.М. Калниня, Ф.М. Чистякова, Г.А. Канышева, А.И. Шварца, А.Л. Верного, В.И. Пекарева, А.Н. Носкова и других.

1.1. История развития холодильных винтовых компрессоров

. Начиная с 70-х годов прошлого века, началось интенсивное завоевание винтовыми холодильными маслонаполненными компрессорами области промышленности связанной с получением искусственного холода. Сегодня наибольшее распространение в холодильных установках получили именно винтовые маслонаполненные компрессоры, эти машины являются наиболее динамично развивающимся на рынке холодильных технологии.

За последние десятилетия увеличили выпуск и расширили номенклатуру производства ВМК ряд всемирно известных производителей: Howden (Великобритания), Aerzener Maschinenfabrik (Германия), Kobe Steel (Kobelco) (Япония), STAL Refrigeration (Швеция), Mayekawa Mfg. (MYCOM), Kuhlautomat (Grasso) (Германия), Sabroe Refrigeration ( Дания), Frick/York (JCI) (США), Trane Co. (США), Carrier (США), Gram Refrigeration (Дания), Vilter Manufacturing Co. (США), и другие. Расширился выпуск ВК в области малых ироизводительностей, в этой области широкое применение нашли

бессальниковые BK производства компании: Bitzer (Германия), Frascold (Германия), Hitachi Ltd. (Япония), Mitsubishi Heavy Ind. (MHI) (Япония).

Для холодильных систем доступны два вида винтовых компрессоров: однороторные и двухроторные [52, 86]. Однороторные машины являются сравнительно новой технологией и уже успешно применяются в промышленных холодильных системах, несмотря на свой молодой возраст. Холодильные ВКМ с двумя роторами выпускаются с наружным диаметром роторов D]=63...510 мм, а диапазон теоретических производительностей лежит в пределах от 80... 12 ООО мЗ/ч. Отношение профильной части винтов к наружному диаметру ведущего винта 0,9... 2,2, геометрическая степень сжатия лежит в диапазоне от 2,6... 5,0, для применения в высоко-, средне-, низкотемпературном и бустерном режимах. Порядка 80 % существующих холодильных установок укомплектованы двухроторными винтовыми маслозаполненными компрессорными агрегатами. Эта тенденция обусловлена рядом достоинств, которыми обладают ВК по сравнению с другими типами машин.

При сравнении с поршневыми компрессорами достоинствами винтовых машин (ВМК) являются:

- высокая надежность и долговечность в связи с отсутствием всасывающих и нагнетательных клапанов, деталей с возвратно-поступательным движением, трущихся деталей в блоке цилиндров;

- равномерность подачи газа;

- меньшая масса и габариты;

- полная уравновешенность роторов, что исключает необходимость в тяжелых фундаментах;

- более высокие объемные коэффициенты и более пологое изменение их в зависимости от степени повышения давления;

- плавное экономичное регулирование производительности.[72, 77, 78]

Согласно периодичности обслуживания винтовых компрессоров

компании "MYCOM" необходимые замены, подшипников опорных и упорных, а также роторов в случае необходимости, производятся при наработке порядка 25000 часов, что гораздо выше, чем у поршневых машин [62, 90].

К недостаткам можно отнести более низкий КПД в рабочем диапазоне температур кипения и конденсации из-за постоянной геометрической степени сжатия.

В работе [82] приведены экспериментальные данные, полученные при сравнении двух типов парокомпрессорных машин: винтовых двухроторных маслозаполненных и поршневого. Технические данные компрессоров представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1. Характеристики компрессоров

Производитель SMC VMY 125 LU

Тип поршневой / SMC 100 L винтовой / VMY 336 Н винтовой / 125 LU

Диаметр, мм 100х100

Диаметр ротора, мм 215 125

ив 1.6 1.65

Геометрическая степень сжатия. Ег 3.0 3.6

Частота вращения, об/мин 1200 2950 3550

Объемная теоретическая производительность, м3/ч 226 1381 353

Хладагент аммиак аммиак аммиак

Переохлаждение. К 0 0 0

Перегрев, К 0 0 0

Температура конденсации, С 30/50 30/50 30/50

На основании полученных экспериментальных данных были построены зависимости величины коэффициента подачи и изоэнтропного КПД от наружной степени повышения давления при двух значениях давления конденсации. На рис. 1.1 и 1.2. представлены данные характеристики. 1.0

\

0.9 0.8 0.7 О.б 0.5

Рис. 1.1. Зависимость коэффициента подачи от наружной степени повышения

давления

Представленные зависимости можно прокомментировать следующим образом:

- коэффициент подачи поршневого компрессора (SMC 100 L) главным образом зависит от степени повышения давления и незначительно изменяется с повышением давления конденсации;

- коэффициент подачи винтового компрессора большой (VMY 336 Н) производительности слабо зависит от степени повышения давления, но

повышение давления конденсации имеет больший эффект, чем для поршневых машин;

коэффициент подачи винтового компрессора большой производительности выше, чем у поршневого компрессора при значениях отношения давлении 2-2,5 и выше;

- винтовой компрессор малой производительности (125 LU) имеет меньшее значение коэффициента подачи, чем винтовой компрессор большой производительности, и более высокий коэффициент подачи, чем у поршневого при степени повышения выше 5-8.

SHC sc SMC 30

* /уму 30- 5С

2 4 б 8 10 12

"и

Рис. 1.2. Зависимость изоэнтропного КПД от степени повышения давления

При рассмотрении изоэнтропного индикаторного КПД рис. 1.2. картина меняется:

- изоэнтропный КПД поршневого компрессора главным образом зависит от отношения давлении и имеет максимальное значение в диапазоне 2,5-3.

- КПД также зависит от отношения давлений и повышается с увеличением давления конденсации;

- КПД винтовых компрессоров в большей степени зависит от степени отношения давлении, чем в случае поршневых машин. Причина этого то, что при определенных значениях геометрической степени сжатия КПД достигает своего максимума. Если действительные рабочие параметры отличаются от проектных и оптимально подобранной геометрической степени сжатия, то компрессор будет работать в режиме с пережатием или недожатием, что приведет к снижению КПД;

- КПД винтового компрессора малой производительности значительно ниже, чем у компрессора большой производительности;

- винтовой компрессор большой производительности обладает большим значением КПД при низких значениях температуры конденсации,

соответствующих его геометрической степени сжатия, по сравнению с поршневым компрессором;

- малый винтовой компрессор обладает более низкими значениями КПД и холодильного коэффициента во всем диапазоне рабочих условии, при сравнении с поршневым.

На рис. 1.3. приведен график изменения потребляемой мощности при регулировании производительности при различных степенях отношений давлений. Авторы высказывают мнение о том, что винтовые компрессоры не следует использовать при снижении производительности ниже 50-60 %. так как это не приведет к эффективному использованию электроэнергии. А компрессор, работающий при малых отношениях давлений (рн/р«с) при неполной нагрузке потребляет значительно меньше электроэнергии, чем при работе в режиме с большими отношениями давлении. [76. 82. 103]

Рис. 1.3. Изменение потребляемой мощности при регулировании производительности

При сравнении с центробежными компрессорами преимуществами ВМК являются:

- отсутствие помпажных зон;

- независимость степени повышения давления от частоты вращения роторов;

- возможность работы на любых холодильных агентах (независимо от их молекулярной массы) без изменения конструкции.

По сравнению с роторным пластинчатым:

- высокая надежность и долговечность из-за отсутствия трущихся рабочих поверхностей и элементов;

- более высокие значения объемных, энергетических характеристик и более пологий их характер изменения:

- более широкая область применения по давлениям.

~ /

__I__I__I__1_

О 20 ЬО 60 80 т

Холодапроизводцтсль ность, %

Следует отметить также малое число деталей по сравнению со всеми вышеупомянутыми видами компрессоров.

Недостатки ВМК с числом зубьев 4/6:

- число зубьев ведущего винта (ВЩ) равное 4 приводит к большим перепадам давления между соседними полостями и следовательно к перетечкам;

- велика полость ведущего винта, что делает трудным изготовление винтов большого диаметра;

- относительно низкая величина геометрической степени сжатия ег. Уже при ег=5 у окна нагнетания отсутствует цилиндрическая часть, что при больших значениях отношений давлений в ВМК приводит к повышенным потерям на нагнетании;

- необходимость подачи значительного количества масла в рабочие полости, что приводит к необходимости создания развитой масляной системы [78].

Поэтому все производители винтовых холодильных компрессорных агрегатов, большое внимание уделяют системам охлаждения масла и их совершенствованию с целью повышению их эффективности, надежности и долговечности [99].

Современная гидравлическая схема обвязки компрессорного агрегата трубопроводами хладагента и масляного контура представлена рис. 1.4. [77]

Рис. 1.4. Гидравлическая схема компрессорного агрегата 1- компрессор; 2- вентиль; 3- электродвигатель; 4- фильтр тонкой очистки; 5-маслоохладитель; 6- насос; 7- фильтр грубой очистки; 8- маслоотделитель; 9,10-соленойдный вентиль; 11- гидроцилиндр; 12- смотровое стекло; 13- редукционный клапан; 14-обратный клапан; 15-гидрораспределитель; 16-РД; 17-термореле.

Масло поступает в компрессор при помощи масляного насоса большой производительности 6, где оно перемешивается с паром хладагента и попадает в маслоотделитель 8 с температурой нагнетания, где масло отделяется от пара хладагента и направляется в маслоохладитель 5 или компрессор. В состав масляного контура входят также следующие элементы: фильтры для очистки масла 4, 7, гидравлический контур регулирования производительности 11. Это все увеличивает металлоемкость компрессорного агрегата [78, 91].

В зависимости от условий и режима эксплуатации ВКМ производители рекомендуют применять холодильные масла, либо выпускаемые под брендом компании, изготавливающей ВКМ, и это позволяет избежать проблем при эксплуатации. Или рекомендуют масла других производителей, имеющие специальные свойства [24, 26]. Требования к маслам, применяемым в холодильном оборудовании следующие: достаточно высокая вязкость, малая растворимость с холодильным агентом, незначительное изменение вязкости в рабочем диапазоне температур компрессора. Раствор холодильного агента в масле должен также сохранять достаточно высокую вязкость.

Как упоминалось ранее, в состав масляного контура может входить маслоохладитель. Наличие маслоохладителя в составе агрегата определяется режимом его работы. Для нормальной работы компрессора в высоко- и среднетемпературном режиме обязательно применяют маслоохладители, а вот в составе бустеркомпрессоров (поджимающих компрессоров) отдельные фирмы маслоохладители не используют. В основном применяют три типа охлаждения масла: водой, жидким холодильным агентом (термосифон или впрыск капельной жидкости хладагента в область сжатия) и газообразным холодильным агентом [25].

Большинство ведущих производителей винтовых компрессоров постоянно ведут исследования в области разработки новых профилей роторов и совершенствования способов их изготовления.

В конце 60-х годов прошлого века результатом исследований компании "8М11", стала разработка нового ассиметричного профиля, (лишенного недостатков профиля Лисхольма, который был разработан в 40-х годах.) в отличие от симметричного, этот профиль позволил снизить потребление электроэнергии на 10-15 %. На ряду с этим, компания "8МК" совместно с компанией I. Но1гоус1 & Со. разработала фрезерные станки и инструмент для нарезания роторов, тем самым облегчили создание роторов со сложной геометрией. Таким образом, благодаря освоению промышленного способа изготовления роторов с запатентованным компанией БМЯ эффективными ассиметричными винтами с соотношением числа зубьев на ведущем и ведомом роторах 4/6, началось массовое производство ВК. Более 28 компании-изготовителей холодильных ВК производили компрессоры с ассиметричным профилем по лицензии компании вМЯ.

В ходе дальнейшего развития винтовых компрессоров в области создания новых профилей компания SMR разработала и внедрила: D-профиль, G-профиль, Н-профиль. [93]

Предприятия нашей страны выпускают винтовые компрессоры с ассиметричными профилями винтов, разработанными в СКБК г. Казань.

Применение компьютерной техники позволило на этапах исследования осуществить создание и анализ многовариантных математических моделей винтовых компрессоров. Такие исследования позволили фирме "Kaizer" (Германия) в 70-х годах разработать и запустить в производство маслозаполненные ВК с различными диаметрами роторов и асимметричным профилем зубьев "Сигма" при соотношении числа заходов на ВЩ и ВМ винтах 5/6. Данные, полученные компанией, позволили утверждать, что внедрение разработанного профиля привело к повышению энергетической эффективности компрессоров на 15... 20% по сравнению с профилями зубьев фирмы "SRJVT [25].

Исследования, проведенные компанией "Bitzer" (Германия), позволили ей применить в бессальниковых холодильных ВКМ малой производительности разновеликие ВЩ и ВМ роторы с соотношением числа заходов на соответствующих роторах 5/6 и профилем собственной разработки [87].

В конце 70-х годов компания "Kobe Steel" (Япония) также на основании результатов математического моделирования разработала а-профиль для ВКС и /? -профиль для ВКМ [32, 92]. Проведенные испытания показали, что объемные и энергетические характеристики ВКС улучшились соответственно на 2... 5% и 6... 8% по сравнению с компрессорами с профилем "SRM". Данные параметры у ВКМ достигали следующих значений соответственно на 5... 10% и 10... 20%.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Зимков, Артур Анатольевич, 2014 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алешин В.И. Исследование винтового маслозаполненного вакуумкомпрессора: Автореф. дис. канд. техн. наук. -М., 1977. -16 с.

2. Амосов П.Е. Влияние физических свойств газов на скорость вращения винтовых компрессорных машин // Компрессорное и холодильное машиностроение. -1966. -№4. -с. 22-24.

3. Амосов П.Е., Бобриков Н.И., Шварц А.И., Верный А.Л. Винтовые компрессорные машины: Справочник. -Л.: Машиностроение, 1977. -256 с.

4. Андреев П. А. Винтовые компрессорные машины.-Л. : Судпромгиз, 1961. -251с.

5. Ануфриев A.B. Повышение эффективности регулирования производительности холодильного винтового компрессора: Дис. ... канд. техн. наук. -СПб., 2005. -135 с.

6. A.C. 1333846 СССР, МКИ F 04 С 18/16. Винтовой компрессор/ Ведайко В.И., Носков А.Н., Пекарев В.И. 1987. Бюл №32.

7. A.C. 1691558 СССР, МКИ F 04 С 18/16. Винтовой компрессор/ Носков А.Н., Алексеев А.П.., Пекарев В.И., Ведайко В.И. 1991. Бюл. №42.

8. A.C. 1714200 СССР, МКИ F 04 С 18/16. Винтовой компрессор/ Носков

A.Н., Ведайко В.И., Пекарев В.И., Алексеев А.П. 1992. Бюл. №7.

9. A.C. 1300195 СССР, МКИ F С 18/16. Винтовой компрессор/ Пекарев

B.И., Ведайко В.И., Носков А.Н. 1987. Бюл. №12.

ю. Бухарин H.H. Моделирование характеристик центробежных компрессоров. JL: Машиностроение. 1983. -214 с.

11. Быков A.B., Калнинь И.М., Канышев Г.А. и др. Анализ эффективности двухступенчатого дросселирования в схеме с одноступенчатым винтовым компрессором // Холодильная техника. -1976. -№6. -с. 10-14.

12. Быков A.B., Канышев Г.А. и др. Винтовой бессальниковый холодильный компрессор с электродвигателем на стороне нагнетания // Холодильная техника. -1978. -№8. -с. 6-9.

13. Верный А. Л. Исследование и метод расчета винтовых маслозаполненных компрессоров // Процессы, технология и контроль в криогенном машиностроении. -Балашиха, 1978. -с. 72-82.

14. Верный А.Л., Налимов В.Н., Осипова И.И., Шварц А.И. Теоретические исследования энергетических показателей винтовых компрессоров с различным соотношением зубьев роторов // Тез. докл. 8 Всесоюз. науч,-техн. конф. по компрессоростроению. -Сумы, 1989. -с. 126.

15. Глаговский Б.А., Пивен И.Д. Электротензометры сопротивления. -М.: Энергия, 1972. -84 с.

16. Голубев С.Н. Термодинамическое исследование процесса всасывания винтового судового компрессора: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. -Л., 1974. -19 с.

17. Голубев с.Н., Рахманов П.Ф., Сакун И.А. Теоретический анализ процесса наполнения полостей винтового компрессора // Судовые силовые установки. -Л.: УУЗаММФ, 1974. -Вып. 12. -с. 107-113.

18. Диментов Ю.И. Исследование процесса нагнетания в винтовом компрессоре: Автореф. дис.... канд. техн. наук. -JI., 1974. -19 с.

19. Зимков A.A. Перспективы применения различных способов регулирования производительности холодильных винтовых компрессоров // Актуальные вопросы техники пищевых производств. СПбГУНиПТ. - Деп. ВИНИТИ № 546-В. 2007. С. - 4.

20. Ионов А.Г., Кан A.B. Судовые холодильные установки с винтовыми компрессорами. -М.: Пищевая промышленность, 1979. -129 с.

21. Исследование теплофизических свойств масел и их смесей с R22. № Гос. регистрации 74064474. -Одесса: ОТИХП, 1976. -46 с.

22. Калнинь И.М., Шварц А.И., Зискин Г.Ф. Экспериментальное исследование винтового холодильного компрессора, работающего с дозарядкой паром промежуточного давления // Проектирование и исследование компрессорных машин: Сб. научн. тр. -Казань, 1982. -с. 25-31.

23. Калнинь И.М., Шварц А.И., Зискин Г.Ф. Экспериментальное исследование винтового холодильного компрессора, работающего с дозарядкой паром промежуточного давления // Холодильная техника. -1983. -№4. -с. 7-9.

24. Канышев Г.А. Объемные и энергетические характеристики винтового маслозаполненного холодильного компрессора с учетом свойств масляных растворов: Дис.... канд. техн. наук. -М., 1980. -226 с.

25. Канышев Г.А. Современное состояние и тенденции развития винтовых холодильных компрессоров в СССР и за рубежом. Обзорная информация. -М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1985. -48 с.

26. Канышев Г.А., Чистяков Ф.М. Влияние свойств масел на энергетические характеристики фреоновых маслозаполненных винтовых компрессоров // Холодильная техника. -1980. -№7. с. 6-10.

27. Канышев Г.А., Чистяков Ф.М. Коэффициент подачи винтового фреонового маслозаполненного компрессора // Холодильная техника. -1979. -№12. с. 7-12.

28. Кореньков В.И., Немировский С.К. Термодинамический расчет винтовых маслозаполненных компрессоров // Процессы переноса в аппаратах энергохимических производств: Сб. науч. тр. ИТ СО АН СССР. -Новосибирск, 1985. -с. 83-88.

29. Мамонтов М.А. Вопросы термодинамики тела переменной массы. -М.: Оборонгиз, 1961. -56 с.

30. Мозенманн Д, Манн В., Ионов А.Г., Кан A.B. Повышение энергетической эффективности работы холодильных винтовых компрессоров // Холодильная техника. -1978. -№9. -с. 11-13.

31. Новицкий П.В. Электрические измерения неэлектрических величин. -Д.: Энергия, 1975. -576 с.

32. Новые профили зубьев роторов винтовых компрессоров /М.Ф. Онучин, В.А. Давыдов // Экспресс-информация. Сер. ХМ-5 (зарубежный опыт). -М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1986. -№3. -с. 1-4.

33. Носков А.Н. Анализ конструктивных схем регулирования производительности и геометрической степени сжатия холодильного винтового компрессора // Тез. докл. междунар. науч.-техн. конф.: Холодильная техника России. Состояние и перспективы накануне XXI века. -С.-Пб., 1998. -с. 49-50.

34. Носков А.Н., Зимков А. А. Анализ схем регуляторов производительности холодильного винтового компрессора // Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке: Сб. научн. тр. III МНТК, - С.-Пб., 2007 г. - С. 101-107.

35. Носков А.Н. Повышение эффективности холодильных винтовых компрессоров на основе совершенствования геометрии винтов и способов регулирования производительности: Автореф. дис. ... докт. техн. наук. -СПб., 2001. -32 с

36. Носков А.Н., Зимков A.A. Регулирование производительности холодильного винтового компрессора золотником и поворотными заслонками // Вестник международной академии холода: М - СПб., 2008, вып. З.-С. 10-13.

37. Носков А.Н., Зимков А. А. Регулирования геометрической степени сжатия при изменении производительности холодильного винтового компрессора. Сб. научн. тр. V МНТК «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке», - С.-Пб., 2011 г. - С. 51-52.

38. Носков А.Н. Регулирование геометрической степени сжатия винтового компрессора при изменении производительности // Компрессораная техника и пневматика. -1997. -Вып. 1-2. -с. 63-66

39. Носков А.Н. Регулирование производительности и геометрической степени сжатия винтового компрессора при различных конструктивных схемах регулятора // Тез. докл. 11 междунар. науч.-техн. конф. по компрессорной технике. -Казань, 1998. -с. 58-59.

40. Носков А.Н., Зимков А. А. Регулирование производительности холодильного винтового компрессора с помощью внутренних устройств // Вестник международной академии холода: М - СПб., 2012, вып. 3. - С. 52-54.

41. Носков А. Н., Зимков A.A. Расчет процесса всасывания маслозаполненного холодильного винтового компрессора: Научный журнал СПбГУНиПТ. Серия: Холодильная техника и кондиционирование (электронный журнал) ГОУ ВПО «Санкт петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий». - №1. - март 2012. Режим доступа к журн.: http://www.open- mechanics.com/journals

42. Носков А. Н., Зимков А.А. Расчет процесса сжатия маслозаполненного холодильного винтового компрессора: Научный журнал СПбГУНиПТ. Серия: Холодильная техника и кондиционирование (электронный журнал) ГОУ ВПО «Санкт петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий». — №1. - март 2013. Режим доступа к журн.: http://www.open- mechanics.com/journals

43. Носков А.Н., Зимков А.А., Зверев Д.В. Особенности расчета процесса нагнетания холодильного винтового компрессора // Труды IX МНТК Современные проблемы холодильной техники и технологий: Одесса, 2013.-с. 3.

44. Нуждин А.А., Васильев В.И. Регулирование производительности винтовых холодильных компрессоров. -М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1988. -36 с.

45. Освоение холодильных винтовых компрессоров / А.В. Быков, И.М. Калнинь, Г.А. Канышев и др. // Холодильная техника. -1974. -№2. -с. 812.

46. Отечественные судовые аммиачные винтовые компрессорные агрегаты / Г.А. Канышев, А.П. Курьянов, И.А. Шварц, А.Л. Верный // Холодильная техника. -1976, -№1. -с. 13-16.

47. Пат. 2109170 России, МКИ F 04 С 18/16. Зубчатое зацепление винтового компрессора / Носков А.Н. 1998. Бюл. №11.

48. Пакет прикладных программ теплофизических свойств хладагентов и теплоносителей /И.И. Калнинь, А.Н. Марьянов, С.Л. Серова и др. // Холодильная техника. -1980. -№8. -с. 60-62

49. Пекарев В.И., Ведайко В.И., Носков А.Н. Методика расчета объемных и энергетических показателей холодильного винтового компрессора сухого сжатия // Руководящий технический материал РТМ 0555-133-87: Минхимнефтемаш, 1987. -164 с.

50. Перелыптейн И.И. Таблицы и диаграммы термодинамических свойств фреонов 12, 13,22. -М.: ВНИХИ, 1971. -90 с.

51. Петриченко P.M., Оносовский В.В. Рабочие процессы поршневых машин. -Л.: Машиностроение, 1972. -166 с

52. Пронин В.А. Винтовые однороторные компрессоры для холодильной техники и пневматики: Автореф. дис. ... докт .техн. наук. -С.-Пб., 1998. -30 с.

53. Проспект фирмы "Bitzer" (Германия).

54. Проспект фирмы "Dunham-Bush" (США).

55. Проспект фирмы "Frick" (США).

56. Проспект фирмы "Grasso" (Голландия).

57. Проспект фирмы "Hitachi" (Япония).

58. Проспект фирмы "York" (США).

59. Проспект фирмы "Kaizer" (Германия).

60. Проспект фирмы "Kuhlautomat" (Германия).

61. Проспект фирмы "Man/GHH Sterkrade" (Германия).

62. Проспект фирмы "Mayekawa" (Япония).

63. Проспект фирмы "Sabroe" (Дания).

64. Проспект фирмы "SRM AB" (Швеция).

65. Разработка нового поколения винтовых холодильных компрессоров /И.Г. Хисамеев, A.M. Галеев, A.JI. Верный // Компрессорная техника и пневматика. -1994. -Вып. 3. -с. 70-73.

66. Результаты испытаний винтового холодильного компрессорного агрегата холодопроизводительностью 47 кВт /Г.А. Канышев, Д.Г. Криницкий, Р.В. Пряхин // Сб. тр. ВНИИхолодмаша. -М.: 1985. -с. 67-78.

67. Результаты испытаний холодильного винтового бессальникового компрессорного агрегата холодопроизводительностью 100 кВт / Г.А. Канышев, Д.Г. Криницкий, Р.В. Пряхин, В.В. Семичастный // Сб. тр. ВНИИхолодмаша. -М., 1987. -с. 97-106.

68. Саваренский С.С. Теория и проектирование винтовых компрессоров. -JL: Машиностроение, 1957. -146 с.

69. Сакун И.А. Винтовые компрессоры.-JI.: Машиностроение, 1970.-400с.

70. Сакун И.А., Диментов Ю.И. Метод расчета термодинамических параметров винтового компрессора // Химическое и нефтяное машиностроение, -1970. -№6. -с. 1-4.

71. Секунова О.Н. О работе сальника поршневого компрессора // Сб. НИИхиммаша, №22. -М., 1958. -с. 33-64.

72. Технология компрессоростроения / H.A. Ястребов, А.И. Кондаков, В.И. Лубинец, А.Н. Виноградов //-М.: Машиностроение, 1987. -с. 16

73. Хисамеев И.Г. Акционерному обществу закрытого' типа "НИИтурбокомпрессор" - 40 лет // Компрессорная техника и пневматика. -1977. -Вып. 1-2. -с. 6-11.

74. Хисамеев И.Г., Галеев А.М., Верный А.Л. Разработка нового поколения винтовых холодильных компрессоров // Компрессорная техника и пневматика. -1994. -Вып. 3. -с. 70-73.

75. Холодильные винтовые компрессорные агрегаты А1400-7-3 и 1А1400-7-3 / Г.А. Канышев, Д.Г. Криницкий, В.В. Семичастный // Холодильная техника. -1987. -№1. -с. 24-26.

76. Холодильные компрессоры / A.B. Быков, Э.М. Бежанишвили, И.М. Калнинь и др. / Под ред. A.B. Быкова. -М.: Колос, 1992. -304 с.

77. Холодильные компрессоры: Справочник / Под ред. A.B. Быкова. -М.: Легкая и пищ. пром-сть, 1981. -280 с.

78. Холодильные машины / Под ред. Л.С. Тимофеевского. -С.-Пб.: Политехника, 1997. -992 с.

79. Шварц А.И. Исследование влияния профилей зубьев роторов на энергетические показатели винтового компрессора: Автореф. дис. ... канд.техн. наук. -Л., 1972. -20 с.

80. Air Conditioning, Heating and Refrigeration News. -1987. -v. 171. №6. -p.20-21.

81. Ashrae Journal. -1985. -v. 27. -№1. P. 8-11.

82. Boldvig, v. and Villadsen, V., "A Balanced View Reciprocating and Screw Compressor Efficiences" (1980) International Engineering Conference. Paper 350. http://docs.lib.purdue.edu/icec/350

83. Bykov A.V., Kanyshev G.F. Improvement on disign and characteristics of large screw refrigerant compressors // 16th International congress of refrigeration. Paris. -1983. Comission B2. Preprints. ll.R.

84. Capacity control of screw compressors: speed or slider control - a comparative study, www.bitzer.de

85. Danfoss Journal. -1986. -№3. -P. 6-7.

86. Douglas T. Reindl, Todd B. Jekel, "Screw Compressors: Selection Considerations for Efficient Operation" (2002) Industrial Refrigeration Consortium University of Wisconsin-Madison http://www.irc.wisc.edu/

87. Ein Blick in die Production: Verdichter fur die Kaite - und Klimatechnik. Im Blickpunkt: Bitzer Kuhlmaschinenbau GMBH, Sindelfingen. Die Kalte und Klimatechnik. -1983. -№9. -P. 392-398.

88. Fujiwara M., Kasuya K., Osada I. A New Degigu Method for Oil Injected Screw Compressors and Its Applications // Hitachi Review. -1987. -v. 36. -№3. -P. 127-134.

89. Kaswyra K., Fujiwara M., Matsunaga T., Watanaba M. New Profile Rotors for Oil Injected Screw Compressors // J. of the Japan Society of Precission Engineering. -1987. -v. 53. -№4. -P/ 129-133.

90. Manual SCV-Series N200VMD-HE "MAYEKAWA MFG. CO. LTD. (MYCOM)" (2003)

91. Manual "XRV" "Howden" (1999)

92. Matsui A., Shigekawa K., Mareki K., Mareki K. New Rotor profil for Screw Compressors // Kobe ceiko dicho, Kobe Steel Eng. Repts. -1983. -v. 33. -P. 85-88.

93. Mr. Kurt Svenningson, Dr. Ulf Sjolin, SMR and Mr. Henrik Ohman "The Screw Compressor Development at SRM" (2010) SRM Svenska Rotor Maskiner AB http://www.opcon.se/web/Opcon_en.aspx

94. Refrigeration, Air Conditioning and Heat Recovery. -1987. -v. 90. -№1070. -P. 57-60.

95. Refrigeration equipment for fishery vessels using screw compressor / A.V. Bykov, J.M. Kalnin, G.A. Kapychev, V.V. Katerukhin // Preprints. International institute of Refrigeration. May 17-20. -1988. Wageuingeu, Netherlauds, Pays Bas.

96. Salzman F., Fravi P. Uber Leckverluste an Ventilspindel // Esoher Wiss -Mitteilungen. -1937. -№3. -S. 87.

97. Shaw, David N., "Screw Compressors Control of Vi and Capacity 'The Conflict" (1988). International Compressor Engineering Conference. Paper 627. http://docs.lib.purdue.edu/icec/627

Sjoholm, L., "Variable Volume-Ratio and Capacity Control in Twin Screw Compressors" (1986) International Engineering Conference. Paper 548

98. http://docs.lib.purdue.edu/icec/548

99. Stamm R. Heat recovery from refrigerated systems // Heatly/Piping air conditining. -1982. -№11. -P. 123-154

100. Stosic, N.; Kovacevic, A.; and Smith, I. K. "Modelling of Screw Compressor Capacity Control" (1998) International Engineering Conference. Paper 1307 http://docs.lib.purdue.edu/icec/1307

101. Szymaszek F.D., Miner S.M. Advancements in screw compressor oil cooling systems analyzed and compared // материалы 16 Международного конгресса по холоду. -Париж. -1983. -С. 134

102. Tang, Y.; Fleming, J. S.; and Anderson, H., "Optimisation Techniques Applied to the Design of a Refrigeration TiN Screw Compressor" (1994). International Compressor Engineering Conference. Paper 1049. http://docs.lib.purdue.edu/icec/1049

103. Trent Bruce "Misconception of Reality" Sage Energy Corp. http ://www.sageenergy. ca/

104. United States Patent, Patent number 5,044,894 Field et al. "Capacity Volume Ratio Control for Twin Screw Compressor" (1991)

105. WO 2010/008457 A2 International Publication Number, Stephen. L., "Automatic Volume Ratio Variation a Rotary Screw Compressor" (2006) Carrier Corporation

,|| ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО

КОМПРЕССОР

№044» Санкт-Петербург,. 5 Сампсониевский пр.. 54, Ten. 295-50-S0 Факс (312) 5Э6-33-97. http, /Aw<wrcompres5or,spb,ai, e-mail' [e-mail]

СПРАВКА

о внедрении результатов диссертационной работы аспиранта Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики, Института холода и биотехнологий Знмкова Артура Анатольевича выполненной на тему «Повышение эффективности регулирования производительности и геометрической степени сжатия холодильных вннтопих компрессоров с помощью внутренних устройств».

В настоящее время в ОАО «Компрессор» разрабатывается ряд новых холодильных машин для различных областей холодильной техники. При проектировании холодильных винтовых компрессоров использованы следующие положения, разработанные в диссертационной работе Зимкова А.А.:

- методы расчета элементов конструкции холодильных винтовых компрессоров;

- рекомендации по выбору конструктивных схем регуляторов производительности и геометрической степени сжатия;

- законы изменения геометрической степени сжатия при уменьшении производительности винтовых компрессоров.

Использование расчетных методик позволило сократить время и затраты при проектировании холодильных винтовых компрессоров, а использование рекомендаций по конструктивному решению регуляторов производительности и геометрической степени сжатия позволит значительно повысить эффективность их работы.