Разработка и исследование роторного волнового криогенератора для установок сжижения природного газа тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.03, кандидат технических наук Малахов, Сергей Борисович

• Малахов, Сергей Борисович
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Малахов, Сергей Борисович

Оглавление

Стр.

Условные обозначения и сокращения

Введение

Глава1. Анализ современного состояния исследований волновых

криогенераторов с энергообменным каналом

1.1. Принципы организации энергообмена волновых криогенераторов

1.2. Безприводные волновые криогенераторы

1.2.1. Резонансные охладители газа

1.2.2. Пульсационные охладители газа статического типа

1.3. Волновые криогенераторы с механической системой газораспределения

1.3.1. Пульсационные охладители газа

1.3.2. Полустатические обменники давления

1.3.3. Энергообменники

1.3.4. Волновые детандеры

1.4. Выводы по главе 1

Глава 2. Математическая модель процессов в роторном волновом

криогенераторе

2.1. Акустические модели

2.2. Нелинейные газодинамические модели

2.3. Нелинейная газодинамическая модель для расчета роторного волнового криогенератора

Глава 3. Экспериментальное исследование роторного волнового

криогенератора

3.1. Конструкция и устройство роторного волнового криогенератора

3.2. Экспериментальный стенд

Стр.

3.3. Измеряемые параметры и погрешности измерений

3.4. Методика проведения эксперимента и обработки результатов

3.5. Экспериментальные исследования

3.6. Выводы по главе 3

Глава 4. Исследование процессов в роторном волновом

криогенераторе с использованием математической модели

4.1. Индикаторная диаграмма РВКГ. Инженерная методика определения рабочих температур РВКГ

4.2. Сравнение результатов исследования процессов с использованием математической модели и экспериментальных данных

4.3. Выводы по главе 4

Основные результаты и выводы

Литература

Приложения

Условные обозначения и сокращения

ВКГ - волновой криогенератор;

РВКГ - роторный волновой криогенератор;

ПОГ - пульсационный охладитель газа;

ПСОД - полустатический обменник давления;

ВД - «волновой детандер»;

ПУВ - ударная волна;

ОУВ - отраженная ударная волна;

ВР — волна разрежения;

ОВР - отраженная волна разрежения;

ВТ - ударная волна возникающая при торможении потока среды; КП - условная контактная поверхность разделяющая активную и пассивную среду;

7ік- степень расширения активного потока;

щ — степень расширения пассивного потока;

Яграсч ~ расчетная степень расширения пассивного потока;

п — частота вращения;

Прасч ~ расчетная частота вращения;

г|ад - адиабатный КПД;

С2п - расход пассивного газа;

(2а - расход активного газа;

А - площадь поперечного сечения энергообменного канала; Ьканала — длинна канала ротора РВКГ; А - средний осевой зазор между ротором РВКГ и соплом; А акт — средний осевой зазор между ротором РВКГ и соплом со стороны подачи и сброса активного газа;

Аакт=Аакт/Ькя„я пй - приведенный средний осевой зазор между ротором РВКГ и соплом со стороны подачи и сброса активного газа;

А пасс — средний осевой зазор между ротором РВКГ и соплом со стороны подачи и сброса пассивного газа;

Апасс=АпассЛ^кяияпя - приведенный средний осевой зазор между ротором РВКГ и соплом со стороны подачи и сброса пассивного газа; Р — давление;

Рае, Р1акт - давление активного газа в сопле высокого давления; Ран, Рзакт — давление активного газа в сопле низкого давления; Ракт - давление активного газа в сопле (РакТ=Рав или Раш=Ран в зависимости от углового положения канала);

Рпн, Рзпас - давление пассивного газа в сопле низкого давления; Рпв, Р^ас ~ давление пассивного газа в сопле высокого давления; Рпас - давление пассивного газа в сопле (Рпас=Рим или Рпас=Рпв в зависимости от углового положения канала); Ри - давление источника; Рс - давление стока; р — плотность; и — скорость; ии- скорость источника; ис- скорость стока; С — скорость звука; Сячейки — скорость звука в ячейке;

8 - внутренняя энергия среды; 8И - внутренняя энергия источника;

8С— внутренняя энергия стока;

8 - энтропия; Ь - энтальпия;

О - гидравлический диаметр энергообменного канала;

^ — коэффициент гидравлических потерь;

Р1о,Р2о,Рю,Р20 - корректирующие коэффициенты определенные по внутренней энергии газа;

Р1ос>Р2ос>Рюс5Р20с — корректирующие коэффициенты определенные по скорости звука в газе;

Р1 об, Р2о8,Рю8, Ргоэ _ корректирующие коэффициенты определенные по энтропии газа;

% — показатель адиабаты;

ш - масса газа в расчетной ячейке;

Vк - объем занимаемый газом в канале;

х - текущая координата;

А1 - временной интервал;

Ьячейки-длинна ячейки;

Кзап - коэффициент запаса;

1П, 2П, ЗП, 4П- основные угловые положения энергообменного канала при сбросе пассивного газа;

5П, 6П, 7П, 8П - основные угловые положения энергообменного канала при подаче пассивного газа;

1А, 2А, ЗА, 4А — основные угловые положения энергообменного канала при подаче активного газа;

5 А, 6А, 7 А, 8А - основные угловые положения энергообменного канала при сбросе активного газа.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование роторного волнового криогенератора для установок сжижения природного газа»

Введение

Эффективность криогенных установок определяется совершенством используемых аппаратов, машин и в том числе расширительных устройств -криогенераторов. В настоящее время наиболее эффективной расширительной машиной является турбодетандер. Однако создание турбодетандеров для малотоннажных ожижителей легких газов (в том числе природного газа) сопряжено с рядом трудностей связанных с ростом скорости вращения ротора, возможной конденсацией тяжелых фракций в процессе расширения и загрязненности газа. Кроме того сложность конструкции, высокая стоимость и ограниченная надежность вынуждают отказываться от применения турбодетандеров при малотоннажном производстве. Дроссельные расширительные устройства весьма надежны, конструктивно просты и недороги, однако адиабатный процесс расширения в них газа реализуется без совершения внешней работы и поэтому не является холодопроизводящим, что и определяет меньшую, как правило, термодинамическую эффективность установок с дросселированием [1]. Это обуславливает интерес к исследованиям волновых криогенераторов (ВКГ) работающих с совершением внешней работы и отличающихся невысокой стоимостью.

Работы по созданию и исследованию безмашинных волновых криогенераторов были начаты в 1979 году в проблемной и отраслевой лабораториях газодинамических методов получения холода МГТУ им. Н.Э. Баумана с участием ОАО «Криогенмаш», ОАО «Гелиймаш» и акустическим институтом им. H.H. Андреева. Созданные волновые криогенераторы эллипсоидного и параболоидного типа позволили получить КПД до 18%, а в криогенераторах с использованием эффекта Коанда, - КПД достигало 40%.

Результатом исследований в ООО «Газпром ВНИИГАЗ» стало создание и промышленное применение ряда волновых расширительных

машин: так называемых пульсационных охладителей газа (ПОГ) статического типа работающих с КПД 35-40% и с механической системой газораспределения с КПД 40-65%, энергообменников и «волновых детандеров» с КПД до 80%.

Отметим, что частота вращения газораспределителя в ПОГ с механической системой газораспределения, энергообменников и «волновых детандеров» гораздо меньше, чем у турбодетандеров - от 1000 до 8000 об/мин.

Первые исследования энергообменных аппаратов были направлены на применение их для наддува двигателей внутреннего сгорания. По своему функциональному назначению они были аналогичны турбокомпрессору, используя энергию давления расширяемого (активного газа) для компримирования пассивного газа посредством ударных волн. Детандерно-компрессорный режим энергообменника не является единственным. Путём изменения фаз газораспределения возможна эксплуатация энергообменника в режиме делителя потока (аналог - вихревая труба), а также в режиме уравнителя давлений (аналог - эжектор), что существенно расширяет область применения данных устройств.

Исследования направленные на применение энергообменников в установках низкотемпературной обработки газа, проведенные ВНИИГАЗ, привели к созданию «волновых детандеров». «Волновые детандеры» по функциональному назначению аналогичны детандерно-компрессорному агрегату. Конечный результат этих работ - успешная промышленная эксплуатация разработанной конструкции «волнового детандера» ВД-1 в составе установок «отбензинивания» газов Сосногорского ГПЗ и исследования технологии извлечения из пласта остаточных запасов ретроградного конденсата на Вуктыльском (Республика Коми) газоконденсатном месторождении. Режимы работы «волновых детандеров» на этих установках ограничены большими объемными расходами

перерабатываемого газа (до 20 тыс. м. куб/час) и температурой расширяемого (активного) газа 270...310К. Режимы работы «волновых детандеров» на этих установках ограничены большими объемными расходами перерабатываемого газа (до 20 тыс. м. куб/час) и температурой расширяемого (активного) газа 270...310К.

Перспективность применения «волновых детандеров» в области низких температур для малотоннажных установок сжижения природного газа определяет актуальность настоящей работы. Созданное и исследованное газорасширительное устройство - роторный волновой криогенератор (РВКГ) является продолжением в развитии волновых криогенераторов (ВКГ) и отличается от «волновых детандеров» рядом конструктивных особенностей.

Целью работы является разработка и исследование криогенератора нового типа - роторного волнового криогенератора, научно-методическое обоснование оптимальных геометрических и технологических параметров, а также конструктивных решений, обеспечивающих повышение эффективности его эксплуатации в составе установок сжижения природного газа, работающих на уровне температур 210-180 К.

Основные задачи исследования

1. Разработка математической модели учитывающей особенности рабочих параметров РВКГ.

2. Отработка конструкций основных узлов, обеспечивающих эксплуатационную надёжность РВКГ.

3. Исследование режимных и геометрических параметров РВКГ на природном газе.

4. Сопоставление результатов расчета с экспериментальными данными, анализ полученных результатов.

5. Разработка инженерной методики определения рабочих температур РВКГ.

Научная новизна

Впервые определены термобарические и расходные характеристики промышленного образца роторного волнового криогенератора, реализующего принцип волнового энергообмена в области криогенных температур расширяемого газа.

Разработана математическая модель для определения параметров РВКГ учитывающая свойства реального газа (метана) не только в расчете интегральных характеристик, но и непосредственно в методе «распада разрыва» академика РАН С.К. Годунова. Расхождение результатов расчетов температур расширенного активного газа и сжатого пассивного газа по модели на основе метода «распада-разрыва» и полученных экспериментально не превышает ±4%.

Впервые разработана инженерная методика расчета рабочих температур роторного ВКГ для определения изоэнтропного КПД и степени нагрева сжимаемого потока на основе классических уравнений процесса выхлопа и впуска. Расхождение результатов расчетов температур расширенного активного газа и сжатого пассивного газа по инженерной методике и полученных экспериментально не превышает ±7%.

Расчеты по упрощенной модели позволяют сделать вывод о существенном влиянии процессов смешения активного и пассивного газа на снижение эффективности РВКГ.

Выявлены основные процессы и фазы в РВКГ. На первой фазе активный газ расширяется изоэнтропно, на второй фазе происходит его выхлоп. Сжатие и нагрев пассивного газа происходит на первой фазе рабочего процесса.

Защищаемые положения

1. Научное обоснование оптимальных режимных и геометрических параметров РВКГ по результатам стендовых экспериментальных исследований макетного образца.

2. Математическая модель основанная на методе С.К. Годунова (метод «распада разрыва»), учитывающая свойства реального газа.

3. Инженерная методика определения рабочих параметров РВКГ основанная на классических уравнениях для процесса выхлопа.

Степень достоверности полученных автором результатов

Достоверность полученных экспериментальных данных подтверждается применением аттестованных измерительных средств, апробированных методик измерения и воспроизводимостью результатов. Основные уравнения представленных автором математических моделей и соотношений величин базируются на фундаментальных законах и уравнениях термодинамики и газодинамики.

Практическая ценность

Впервые разработан опытно-промышленный образец роторного волнового криогенератора.

Разработана математическая модель основанная на методе С.К. Годунова (метод «распада разрыва») для расчёта РВКГ, достоверность которой подтверждена результатами экспериментов.

Разработана инженерная методика расчета рабочих температур РВКГ основанная на классических уравнениях для процесса выхлопа и впуска. Достоверность которой также подтверждена результатами экспериментов.

Выявлены направления повышения эффективности РВКГ: снижение перетечек за счет уменьшения зазоров; уменьшение торможения потока газа на торце вертикальной стенки канала путем оптимизации ее геометрии.

¿г

Подтверждена устойчивая работа устройства в условиях сильной загрязненности примесями (вода, масло, тяжелые углеводороды), а также при появлении двухфазной среды на выходе.

Апробация работы

Основные результаты исследований по теме диссертационной работы докладывались на международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Инновационные разработки в области техники и физики низких температур» (ГАСИС, 2010 г.), 2-й международной конференции «ПРОМЫШЛЕННЫЕ ГАЗЫ» (МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011 г) и на одиннадцатой международной специализированной выставке «Криоген-Экспо - 2012» (ЦБК «Экспоцентр», 2012г.).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 5 научных работ в журналах рекомендованных ВАК РФ:

1. Результаты экспериментальных исследований криогенного волнового детандер-компрессора / В.Ю. Семенов [и др.] // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2009. №4. С. 23-25.

2. Результаты экспериментальных исследований криогенного волнового детандер-компрессора / A.M. Архаров [и др.] // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2010. С. 122-127.

3. Архаров A.M., Семенов В.Ю., Малахов С.Б. Анализ принципов организации энергообмена в волновых криогенераторах // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2012. №8. С. 77-83.

4. Развитие технологии сжиженного природного газа в московском регионе / A.M. Архаров [и др.] // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2010. С. 214-229.

5. Анализ рабочих процессов в роторном волновом криогенераторе / A.M. Архаров [и др.] // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2012. №7. С. 15-20.

Личное участие в получении результатов: Все результаты и выводы диссертационной работы получены лично автором в результате проведенных экспериментов и математического моделирования.

Объём и структура работы

Диссертационная работа состоит из четырех глав, основных выводов, списка используемой литературы (110 наименований) и приложения. Работа содержит 82 страницы текста, 41 иллюстрацию, 2 таблицы и приложения на 5-и страницах.

Данная работа была проведена в ПК НПФ «ЭКИП».. При проектировании РВКГ использовались расчеты и материалы, предоставленные сотрудниками ООО «Газпром ВНИИГАЗ» к.т.н. Ю.А. Лаухиным и к.т.н. A.B. Козловым, а также к.т.н. В.Ш. Эрсмамбетовым. Существенный вклад на всех этапах этой работы от проектирования и постановки экспериментального исследования РВКГ до математического моделирования и анализа полученных результатов внес к.т.н. В.Ю. Семенов, осуществлявший организацию и руководство. Определяющая роль в области теоретического исследования и создания математической модели основанной на классических формулах для выхлопа и впуска принадлежит научному руководителю заслуженному деятелю науки и техники РФ, д. т. н., проф. A.M. Архарову. Автор выражает благодарность коллективу ПК НПФ «ЭКИП», сотрудникам кафедры «Э4» МГТУ им. Баумана, специалистам ООО «Газпром ВНИИГАЗ» к.т.н. Ю.А. Лаухину, к.т.н. A.B. Козлову и д.т.н. С.П.Горбачеву за внимание к работе и поддержку.

Заключение диссертации по теме «Машины и аппараты, процессы холодильной и криогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспечения», Малахов, Сергей Борисович

Основные результаты и выводы

Впервые разработан опытно-промышленный образец роторного волнового криогенератора, реализующего принцип волнового энергообмена в области криогенных температур расширяемого газа. Определены термобарические и расходные характеристики РВКГ с энергообменными каналами постоянного сечения.

Разработана математическая модель для определения параметров РВКГ учитывающая свойства реального газа(метана) не только в расчете интегральных характеристик, но и непосредственно в методе академика РАН С.К. Годунова (метод «распада разрыва»). Расхождение результатов расчетов температур расширенного активного газа и сжатого пассивного газа по модели на основе метода «распада разрыва» и полученных экспериментально не превышает ±4%, что подтверждает ее применимость для расчета параметров роторного волнового криогенератора в исследованном диапазоне степеней расширения.

Впервые разработана инженерная методика расчета рабочих температур роторного ВКГ для определения изоэнтропного КПД и степени нагрева сжимаемого потока на основе классических уравнений процесса выхлопа и впуска. Расхождение результатов расчетов температур расширенного активного газа и сжатого пассивного газа по инженерной методике и полученных экспериментально не превышает ±7%. Расчеты по инженерной модели показали существенную роль процессов смешения активного и пассивного газа в снижении эффективности РВКГ.

Выявлены основные процессы и фазы в РВКГ. На первой фазе активный газ расширяется изоэнтропно, на второй фазе происходит его выхлоп. Сжатие и нагрев пассивного газа происходит на первой фазе рабочего процесса.

Экспериментально показана возможность увеличения производительности исследованной конструкции РВКГ путем снижения величины гидродинамического сопротивления на входе в энергообменный канал со стороны газораспределителя активного газа.

Подтверждена возможность повышения эффективности криогенератора за счет уменьшения величины торцевых зазоров.

Анализ результатов экспериментального исследования РВКГ подтвердил выводы о максимальной эффективности устройств данного типа в области 7ГК (степень расширения активного потока) менее 2,5 , что определяется термодинамическими особенностями процесса выхлопа.

На разработанной и апробированной в реальных условиях конструкции роторного волнового криогенератора был достигнут о адиабатный К.П.Д. 60% на уровне температур минус 35 минус 110 С. Подтверждена устойчивая работа РВКГ в условиях сильной загрязненности рабочего тела примесями (вода, масло, тяжелые углеводороды), а также при появлении двухфазной среды на выходе.

Анализ основных схем энергообмена показал, что схема с двумя пульсаторами и «петлевым» расположением источников и стоков является наиболее эффективной, а наиболее совершенным пульсатором является роторный пульсатор-газораспределитель.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Малахов, Сергей Борисович, 2013 год

Литература

1. Энтропийно-статистический анализ установок малой производительности для ожижения природного газа с содержанием метана 92% / A.M. Архаров [и др.] // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2012. №4. С. 19-32.

2. Бондаренко B.JI. Создание и исследование волновых криогенераторов и их применение в технологии получения неона высокой чистоты: дис. ...док. техн. наук. М. 2003. 294 с.

3. Козлов A.B. Повышение эффективности эксплуатации волновых детандеров в установках низкотемпературной обработки углеводородного газа: дис.... канд. техн. наук. М. 2003. 161 с.

4. Борисов Ю.Я. Газоструйные излучатели звука гартмановского типа // Источники мощного ультразвука: под ред. Л.Д. Розенберга М.: Наука. 1967. С. 8-110.

5. Архаров A.M., Семенов В.Ю., Малахов С.Б. Анализ принципов организации энергообмена в волновых криогенераторах // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2012. №8. С. 77-83.

6. Уэтерстон Р., Герцберг А. Энергообменник - новая концепция в теории высокоэффективных газотурбинных циклов // Энергетические машины. 1966. Т. 4. №2. С. 48-62.

7. Результаты исследования криогенного пульсационного рефрижератора-ожижителя в диапазоне температур 40...110К / Е.И. Микулин [и др.] // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. 1993. №3. С. 77-80.

8. Архаров A.M., Бондаренко В.Л., Симоненко Ю.М. Систематизация пульсаторов, используемых для привода газодинамических аппаратов // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2010. С. 97-110.

>, *<р

9. Козлов A.B., Бобров Д.М., Лаухин Ю.А. Волновой детандер с энергообменными каналами переменной площади сечения // Химическое и нефтяное машиностроение. 2000. №11. С. 27-29.

10. Архаров A.M. Развитие безмашинных газодинамических (волновых) методов генерации холода // Сб. научн. докл. III Всесоюзной научно-техн. конф. «Криогенная техника-82». 1983. 4.1. С. 33-46.

11. Эффект охлаждения при волновом адиабатном расширении газа / A.M. Архаров [и др.] // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1981. № 2. С. 139-142.

12. Бобров Д.М., Лаухин Ю.А., Сиротин A.M. Расширительная холодильная техника для газовой и нефтяной промышленности -современное состояние, тенденции развития, опыт эксплуатации // Подготовка и переработка газа и газового конденсата. Сер. Обзорно-информ. М.: ИРЦ «Газпром». 2002. 88 с.

13. Бобров Д.М., Жилин Ю.В. Экспериментальные исследования эффекта разогрева газа в пульсационной камере // Повышение надёжности газоснабжения. М.: ВНИИГАЗ. 1976. С. 175-188.

14. Бобров Д.М., Лаухин Ю.А., Сиротин A.M. Новые аппараты для охлаждения газа и перспективы их использования в газовой и нефтяной промышленности // Подготовка и переработка газа и газового конденсата. Сер. Обзорно-информ. М.: ВНИИЭгазпром. 1980. №4.40 с.

15. Лаухин Ю.А., Бобров Д.М. Анализ результатов исследования аппаратов пульсационного охлаждения газа // Научн. тр. ВНИИГАЗа. Новое оборудование и технология процессов подготовки и переработки газа и конденсата. 1981. С. 96-108.

16. Охлаждение газа в аппаратах пульсационного типа / Ю.В. Сурков [и др.] // Газовая промышленность. 1976. №12. С. 32-35.

17. Применение аппаратов пульсационного охлаждения газа в газовой промышленности / Д.М. Бобров [и др.] // Подготовка и переработка газа и газового конденсата. М.: ВНИИЭгазпром. 1985. №7. 95 с.

18. Бобров Д.М. Исследование интенсивности ударных волн в энергообменных аппаратах / Д.М. Бобров [и др.] // Сборник научных трудов. Сер. Повышение эффективности процессов переработки газа и газового конденсата. Ч. 2. М.: ВНИИГАЗ. 1995. С. 39-52.

19. Кентфилд Дж. Характеристики обменников давления -делителей и уравнителей // Труды ASME. Сер. D. 1965. № 3. 136 с.

20. Кутищев М.А. Теория и расчёт энергообменников // Ворошиловградский машиностроительный институт. 1983. 25 с.

21. Отчет по теме «Экспериментальные характеристики волнового преобразователя энергии с передающим каналом» // ХАИ. Харьков. 1990. 60 с.

22. Генераторы холода на базе волновых обменников давления / Д.М. Бобров [и др.] // Газовая промышленность. 1993. № 1. С. 48-62.

23. Бобров Д.М., Козлов A.B., Лаухин Ю.А. Расчётно-теоретические и экспериментальные исследования волновых детандеров // Новые технологии газовой промышленности: Тез. докл. Четвёртой Всероссийской конф. молодых учёных, специалистов и студентов по проблемам газовой пром-ти России. РГУ им. И.М. Губкина. Москва. 2001. 43 с.

24. Волновой детандер - новый генератор холода для установок НТС углеводородных газов / Д.М. Бобров [и др.] // Проблемы получения и использования лёгкого углеводородного сырья: Материалы Всероссийского межотраслевого совещания. Краснодар. 4-8 сентября 2000. 60 с.

25. Козлов A.B., Бобров Д.М., Лаухин Ю.А. Разработка и исследования волновых детандеров // Вторая Всероссийская конференция -97г. Каталог научно-технических разработок молодых специалистов ВНИИГАЗ 1994- 1997. 625 с.

26. Козлов A.B., Лаухин Ю.А. Разработка и исследования волновых детандеров // Каталог научно-технических разработок молодых специалистов 1994-1997г. Конкурс 96г. ВНИИГАЗ. 96 с.

27. Волновой детандер / Ю.А. Лаухин [и др.] // Каталог научно-технических разработок 1998г. ВНИИГАЗ. 265 с.

28. Некоторые результаты экспериментальных исследований волнового детандера ВД-1 на углеводородном газе / Ю.А. Лаухин [и др.] // Сборник научных трудов. Сер. Повышение эффективности процессов переработки газа и газового конденсата. Ч. 2. М.: ВНИИГАЗ. 1995. С. 53-59.

29. Козлов A.B., Бобров Д.М., Лаухин Ю.А. Разработка и исследования волновых детандеров // Тез. докл. конф. молодых специалистов, посвящённой 300-летию горного дела. ВНИИГАЗ. 2000. 54 с.

30. Расчёт процессов в газодинамическом обменнике для наддува дизелей / Л.И. Будниченко [и др.] // Энергомашиностроение. 1976. №8. С. 10-11.

31. Результаты численных и экспериментальных исследований волнового детандера / В.Ш. Эрсмамбетов [и др.] // Химическое и нефтяное машиностроение. 1996. №5. С. 14-16.

32. Эрсмамбетов В.Ш. Совершенствование модели процесса и исследование режимов работы волнового обменника давления, предназначенного для наддува дизеля: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Харьков. 1988. 26 с.

33. Мунштуков Д.А., Эрсмамбетов В.Ш. Использование метода газогидроанологии для исследования входа среды в канал ротора волнового обменника давления // Харьковский авиационный институт. 1986. 34с. -Рукопись деп. в ЦНИИТЭИтяжмаш. №172. 6-тм.

34. Численное решение многомерных задач газовой динамики / С.К. Годунов [и др.] М.: Наука. 1976. 400 с.

35. Абрамович Г.П. Прикладная газовая динамика 4-е изд. испр. М.: Наука. 1976. 888 с.

36. Рождественский Б.Л., Яненко H.H. Системы квазилинейных уравнений и их приложения в газовой динамике. М.: Наука. 1974. 592 с.

37. Мунштуков Д.А. Эрсмамбетов В.Ш. Влияние краевых условий на потоки масс в волновом преобразователе энергии // Двигатели внутреннего сгорания. 1986. №43. С. 81-86.

38. Загорученнко В.А., Журавлев A.M. Теплофизические свойства газообразного и жидкого метана. М.: Изд-во комитета стандартов, мер и измерительных приборов при совете министров СССР. 1969. 236 с.

39. Развитие технологии сжиженного природного газа в московском регионе / A.M. Архаров [и др.] // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2010. С. 214-229.

40. Результаты экспериментальных исследований криогенного волнового детандер-компрессора / В.Ю. Семенов [и др.] // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2009. №4. С. 23-25.

41. Батунер Л.М., Позин М. Е. Математические методы в химической технике. Л.: Химия. 1968. 823 с.

42. Результаты экспериментальных исследований криогенного волнового детандер-компрессора / В.Ю. Семенов [и др.] // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2009. №4. С.23-25.

43. Результаты экспериментальных исследований криогенного волнового детандер-компрессора / A.M. Архаров [и др.] // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2010. С. 122-127.

44. Анализ рабочих процессов в роторном волновом криогенераторе / A.M. Архаров [и др.] // Химическое и нефтегазовое машиностроение.2012. №7. С. 15-20.

45. Панкова Е.О. Разработка и исследование детандера с газовым поршнем: дис.... канд. техн. наук. М. 1987. 149 с.

46. Архаров A.M. Криогенные системы: Учебник для студентов вузов по специальности «Техника и физика низких температур» в 2 т. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение.1996. Т. 1. Основы теории и расчета. 2006. 576 с.

47. Правила измерения расхода газов и жидкостей стандартными сужающими устройствами. РД 50-213-80. М.: изд. Стандартов. 1982. 333 с.

48. ГОСТ 8.563.1-97. Измерение расхода и количества жидкостей и газов методом переменного перепада давления.

49. ГОСТ 8.563.2-97. Методика выполнения измерений с помощью сужающих устройств.

50. Решение о выдаче а.с. по заявке №3495327/(25-06)(148937)

51. Акцептованная заявка N58-52150/83 Япония

52. А.с.1011916 СССР

53. А.с. 1020723 СССР

54. А.с.1038624 СССР

55. А.с.1275123 СССР

56. А.с.1307103 СССР

57. А.с.1315662 СССР

58. А.с. 1332963 СССР

59. А.с.1393938 СССР

60. А.с. 1511469 СССР

61. А.с.1511470 СССР

62. А.с. 1521931 СССР

63. А.с. 1528971 СССР

64. А.с.947479 СССР

65. Пат.2180082 РФ

66. Пат.921686 Великобритания

67. Пат. 1039669 Великобритания

68. Пат.920624 Великобритания

69. Пат.290669 Великобритания

70. Пат. 1526618 США

71. Пат.2399394 США

72. Пат.2526618 США

73. Пат.2832626 США

74. Пат.З074622 США

75. Пат.3101168 США

76. Пат.З653225 США

77. Пат.4232999 США

78. Пат.4398868 США

79. Пат.4529360 США

80. Пат. 133104 Швейцария

81. Пат.405827 Швейцария

82. Пат.410526 Швейцария

83. Пат.478339 Швейцария

84. Pat. N4444019 U.S. / A.M. Arharov, V. L. Dondarenko, V.G.

Pronko, B.D. Krakovsky, et al.: pub. 24.4.84.

85. Sprenger H.S. Uber thermische Tffernt in Resonsnzrohren Vitteilungen aus dem Institut fur Aerodynamik E.T.H. Zurich. 1954. №21. S. 1835.

86. Asoury P. An introduction to the dynamic exchanger // Proceedings of the Institution of Mechanical Engmneers. 1965 - 66. Vol. 180, Part. 1. № 18. P. 451-480.

87. Lansky M. Liectore otazky preplnania vozdloveho piestoveho spalovasiemo motora pomocow tiakoveho vymennika // Prace studie vysokej skoly dopravnej v Zilline. Ser. Strojnicka. Svazok 5. 1979. S. 189 - 213.

88. Gross N. Wirkungewise der Druckwellenladers Comprex // MTZ. 1979. Bd. 40, №2. S. 91-97.

89. Natural gasoline recovery from oil well associated gas: Feasibility study Mitsubishi heavy industries (LTD). Tokio (Japan). 1979. 27 p.

90. Deleris G., Amande J.C., Viltard J.G. Barge-mounted NGL plant boost recovery from offshore field // J.World Oil. July, 1982. 51 p.

91. Barker A. The comprex supercharger // Automotive Engineer. 1980. Vol.4. №4. P. 89-92.

92. Kirchhofer H. Aufladung von Fahrzeugdieselmotoren mit Comprex //Automob. Ind. 1977. №1. S. 59-67.

93. Mayer A. Economie de consommation des voitures a moteurs Diesel an moyen de la suralimentation par Comprex // Ing. Automob. 1982. №4. P. 4148.

94. Regneault M., Lecreurer M. Le development de la suralimentation par turbocompresseur des moteurs Diesel d'automobiles // Ing. Automob. 1982. №4. P. 49-57.

95. Comparative study of the acceleration perfomance of truck Diesel engine with exhaust - gas. Turbocharger and with Pressure - Wave Supercharger Comprex / I. Sammeraurer [et al.] // Turbochargmg and Turbochargers Conf. London. 1978. P. 165-173.

96. Schwarzbauer G.E. Turbocharging of tractor engines with exhaust gas turbochargers and the BBC-Comprex // Turbocharging and Turbochargers Conf. London. 1978. P. 161-164.

97. Wunsch A.Zum Stand der Grauschbildung ungleichmassing Laufer auf Druckwellenmaschinen mit Hilfe der Fourferanalyse // Brown Boveri Mitteilungen. 1971. Vol. 58, №.4/5. S. 107-171.

98. Berchtold M., Lutz T.W. A New Small Power Output Gas Turbine Concept // ASME Paper. № 74-GT-l 11.1974. 48 p.

99. Jenny E., Bulaty T. Die-Druckwelen-Mashine Comprex als Oberstufe eine Gasturbine. Teil 2 // MTZ. 1973. Bd. 34, № 12. S. 421-425.

100. Meyer A. Recent development in gas turbines // Mechanical Engineering. 1947. Vol. 69, №4. P. 273-278.

101. The energy exchanger in advanced power cycle system / J.P. Zumdieck [et al.] // Proc. 14 th Intersoc. Energy Convers. Eng. Conf. Boston, 1979. Vol. 2. Washington: D.C. 1979. P. 1979-1984.

102. Barnes J.A. , Spalding D.B. The pressure exchanger // The oil Engine and Gas Turbine. 1958. Vol. 25, №294. P. 364-366.

103. Kollbrunner T.A. Comprex supercharging for passenger diesel Car Engines // SAE. Techn. Pap. Ser. 1980. №800884. P. 1-9.

104. Mayer A., Schruf G.M. Practical experience with the pressure wave supercharger on passanger cars // Institution of Mechanical Engineers. London. GB.1982. 67 p.

105. Lansky M., Tranka J. Experementalni poznatky o preplnovani pistoveho spalovasiho motoru tlakoy vimenikem // Strojirensvi. 1980. Ed. 30, els. 5. S. 268- 272.

106. Jenny E. Emdimensionale instationare Strömung unter Berücksichtigung von Reibung. Wärmezufuhr and Querschnittsanderung // Brown Boveri Mitteilungen. 1950. Bd. 78, №11. S. 447-461.

107. Zelmder G. Berechnung von Druckwellen in der Auflaedetechnick // Brown Boveri Mitteilungen. 1971. Bd. 58, №. 4/5. S. 172-176.

108. Poggi. L. The theory of semi-static pressure exchangers // Selected Papers on Engineering Mechanics. 1955. 199 p.

109. Wunsch A.Zum Stand der Entwicklung von gasdynamischen Druckwellennaschinen fur die Aufladung von Dieselmotoren // Brown Boveri Mitteilungen. 1968. Vol. 55, №8. S. 440-447.

110. Baker A. Enter sonic supercharger // Transport Engineering. 1979. (Febr) P. 22-23.

Эксп-т № п об/мин Рвх.а. МПа Рвых.а. МПа Прасш, Твх.а. К Твых-а. К Рвх.п. МПа Рвых.н. МПа Псас. Твх.п. К Твых.п. К Расход SKTH& мА3/ч Расход пасив. мЛ3/ч Время час.-мин кпд адиабат.

3азор:0,07-0,1/0.08-0.12 (27 март 2008г. Сопло №2)

16-4a. 7400 2,095 1,301 1,61 202,1 185 1,293 2,059 1J5 9 277,2 317,2 436 133 15-52/15-58 0,558

16-46. 7400 2,087 1,299 1,61 202,9 186 1,291 2,049 1,59 277,1 316,8 431 133 16-01/16-04 0,551

16-5. 7860 2,141 1,31 1,63 203,1 185,8 1,299 2,089 1,61 277,8 317,6 457 136 16-04/16-06 0,535

16-6. 7860 3,161 1,404 2,25 211 181,6 1,356 3,111 2,29 280,1 351,9 1058 237 16-06/16-17 0,52

16-7. 7860 3,162 1,403 2,25 211?4 181,4 1,363 3,051 2,24 281,1 348,7 1048 253 16-17/16-21 0,516

16-8. 7860 3,198 1,408 2,27 212,2 181,6 1,362 3,116 2,29 281,7 350,5 1052 250 16-21/16-23 0,516

16-9а. 7860 4,193 1,586 2,64 ?19,6 182,2 1,542 4,057 2,63 283,6 365,3 1540 343 16-25/16-28 0,474

16-96. 7860 4,223 1,59 2,66 218,7 180,9 1,541 4,05 2,63 286,8 36?,3 1556 338 16-28/16-34 0,476

іб-іо. 7860 2,192 1,312 1,67 200,8 182,5 1,303 2,121 1,63 285,2 328,8 500 149 16-34/16-42 0,547

16-11а. 7860 2,109 1,3 1,62 197,4 180,3 1,294 2,053 1,59 286,2 326,7 463 138 16-42/16-46 0,544

16-116. 7860 2,141 1,307 1,64 196,4 179,1 1,297 2,081 1,60 286,7 327,3 485 137 16-46/16-50 0,544

Эксп-т № п об/мин Рвх.а. МПа Рвых.а. МПа Прасш. Твх.а. К Твых.а. К PBX.II. МПа Рвых.п. МПа Пек. Твх.п. К Твых.п. К Расход актив. Расход пасив. Время час.-мин КПД

3азор:0,05-0,08/0.04-0.1 (28 март 2008г. Сопло №2)

17-36. 6500 2,158 1,303 1,66 199,6 181,5 1,294 2,094 1,62 278,1 319,2 493 143 15-36/15-38 0,556

17-4а. 6900 2,149 1,304 1,65 199,4 181,4 1,29 2,071 1,61 278,2 320.1 489 137 15-38/15-40 0,563

17-46. 6900 2,154 1,302 1,65 199,5 181,1 1,285 2,082 1,62 278,2 321,3 499 142 15-40/15-44 0,577

17-5а. 7410 2,155 1,301 1,66 199,8 181,3 1,281 2,057 1,61 278 321,4 479 132 15-44/15-47 0,58

17-56. 7410 2,142 1,299 1,65 199,4 181,6 1,278 2,052 1,61 278,7 321,7 488 132 15-47/15-50 0,55

17-6. 7866 2,151 1,299 1,66 199,7 181,7 1,278 2,034 1,59 278,7 321,7 480 133 15-50/15-54 0,552

17-7. 7866 3,114 1,442 2,16 208,8 179,4 1,366 3,049 2,23 278,4 354 952 194 15-54/15-58 0,548

17-8а. 7866 4,115 1,615 2,55 217,6 180,5 1,522 4,092 2,69 280,1 373 1339 233 15-58/16-04 0,512

17-86. 7866 4,113 1,615 2,55 217,2 180>3 1,516 4,101 2,71 280,1 373 1344 239 16-04/16-06 0,504

Эксп-т № п об/мин FBIX МПа Рвых.а. МПа Прасш. Твх-а. К Твых.а. К Рвх.п. МПа Рвых.н. МПа Псж Твг.п., К Твых.п. К Расход актив. Расход пасив. Время час.-мин кпд

а

-а я

Sa

о *

Л =

5

a

о

00

Таблица 3 - продолжение

Эксп-т № п об/мин Рвх.а. МПа Рвых.а. МПа Прасш. Тнх-а. К Твых.а. К Рвх.п. МПа Рвыхл. МПа Псж. Твх.п. К твых.п. К Расход актив. Расход паснв. Время час.-мин КОД

Зазор: 0.03-0.06/0,02-0,07(28 апр 2008г. Сопло №2)

18-6. 7410 2,132 1,301 1,64 218,6 200 1,281 2,066 1,61 290,4 331,1 474 156 14-39/14-46 0,58

18-7. 7410 2,151 1,304 1,65 217,6 198,7 1,283 2,083 1,62 291 332,3 486 157 14-46/14-49 0,586

18-8. 7410 2,185 1,309 1,67 216 197 1,287 2,113 1,64 292,3 333,8 504 160 14-49/14-54 0,57

18-9. 7410 2,119 1,306 1,62 217,2 198,8 1,287 2,047 1,59 293 332,3 461 154 14-54/15-02 0,593

18-10. 7410 3,111 1,411 2,20 227,2 196,8 1,357 3,069 2,26 295,8 364,1 979 259 15-02/15-12 0,555

18-11. 7410 3,243 1,438 2,26 223,3 192,6 1,373 3,189 2,32 299,2 368,7 1033 266 15-12/15-21 0,548

18-12. 7410 4,120 1,592 2,59 225,6 188,6 1,517 4,077 2,69 304,6 381 1354 311 15-24/15-30 0,5

Вариант п Рнх.а. Рвых.а. Прасш. Твх.а. Твых.а. Fbx.ii. Рвых.п. Пок. Твх.п. Твых.п. Расход Расход код

№ об/мин МПа МПа К К МПа МПа К К актив. пасив.

Средний осевой зазор 0.045мм. Термодатчики класс В

Пуск.

18-1, 6500 2,097 1,291 1,62 217,8 200,4 1,288 2,021 1,57 286,4 326,5 407 160 0,54

18-2. 6500 2,086 1,289 1,62 217,7 200,5 1,286 2,01 1,56 287,3 327 393 160 0,538

18-3. 6900 2,110 1,302 1,62 218,5 200,8 1,287 2,056 1,60 287,1 328,8 405 146 0,557

18-4. 6900 2,101 1,301 1,61 219,7 201,5 1,283 2,05 1,60 287,8 327,5 389 147 0,589

18-5. 6900 2,118 1,302 1,63 220,8 202,5 1,284 2,07 1,61 288,1 327,9 415 148 0,578

18-6. 7410 2,132 1,301 1,64 218,6 200 1,281 2,066 1,61 290,4 331,1 439 154 0,58

18-7. 741Q 2,151 1,304 1,65 217,6 198,7 1,283 2,083 1,62 291 332,3 453 155 0,586

18-8. 7410 2,185 1,309 1,67 216 197 1,287 2,113 1,64 292,3 333,8 473 157 0,57

18-9. 7410 2,119 1,306 1,62 217,2 198,8 1,287 2,047 1,59 293 332,3 430 151 0,593

18-10. 7410 3,111 1,411 2,20 227,2 196,8 1,357 3,069 2,26 295,8 364,1 959 260 0,555

18-11. 7410 3,243 1,438 2,26 223,3 192,6 1,373 3,189 2^2 299,2 368,7 1038 267 0,548

18-12 7410 4,120 1,592 2,59 225,6 188,6 1,517 4,077 2,69 304,6 381 1464 325 0,5

Вариант п Рвх.а. Рвых.а. Прасш. Твх.а. Твых.а. Рвх.п. Рвых.п. Псж. Твх.п. Твых.п. Расход Расход КПД

№ об/мин МПа МПа К К МПа МПа К К актив. пасив.

Средний осевой зазор 0.045мм. Термодатчики класс А. Ротор после доработки.

Пуск.

21-1. 6000 2,109 1,295 1,63 220,1 203,4 1,296 2,032 W7 300 333 457 187 0,5

21-2. 6900 2,135 1,298 1,64 225,6 207,8 1,281 2,055 1,60 300,8 338,7 479 188 0,53

21-3. 7410 2,108 1,292 1,63 228 210 1,272 2,012 1,58 302,4 340,7 458 182 0,55

21-4. 7410 2,086 1,287 1,62 230 212,1 1,269 1,996 1,57 303,6 341 440 180 0,56

21-5. 6000 3,157 1,392 2,27 238,3 208,6 1,388 3,128 2Д5 308,4 365 1029 341 0,5

21-6. 6900 3,157 1,398 2,26 235,3 205,8 1,366 3,077 2,25 310,5 369 1040 339 0,49

21-7. 7410 3,150 1,4 2,25 234,2 204,7 1,361 3,047 2,24 312,8 374,8 1061 329 0,5

21-8. 6000 4Д53 1,592 2,61 240 205,2 1,596 4,106 2,57 318 381 1513 481 0,44

21-9. 6900 4,124 1,593 2,59 238,7 203,5 1,574 3,996 2,54, 320,8 386,5 1518 442 0,46

21-ia 7410 4,095 1,596 2,57 236,6 201,9 1,567 3,957 2,53 323,4 382,6 1536 442 0,45

21-11. 7410 2,153 1,252 1,72 222,1 ,203,7 1,223 2,067 1,69 322,2 362,5 540 182 0

21-12. 7410 2,149 1,295 1,66 221,9 204,7 1,284 2,028 1,58 322,2 357,2 502 191 0,49

21-13. 7410 2,094 1,249 1,68 222,2 204,7 1,188 2,122 1,79 322 368,5 528 134 0,49

Таблица 5

Вариант № п об/мин Рвх.а. МП а Рвых.а. МП а Прасш. Твх.а. К Твых.а. К Рвх.п. МПа Рвых.п. МПа Псж. Твх.п. К Твых.п. К Расход актив. мЛ3/ч Расход пасиа мл3/ч КПД

Использование холодильной машины. Средний осевой зазор 0.045мм. Термодатчики класс К

11-1. 6000 2,55 1,39 1,83 223,7 202,3 1,34 2,32 1,73 283,8 380,7 570 285 0,497

11-1.2. 6000 2,59 1,4 1,85 222,1 200,5 1,34 2,37 1,77 284,4 383 574 283 0,491

11-1.3. 6000 2,60 1,4 1,86 221,1 199,4 1,34 2,37 1,77 284,7 383,6 566 283 0,4892

11-2. 6000 2,62 1,56 1,68 173,3 157,9 1,44 2,37 1,65 284,8 370,2 200(1600) 299 —

11-3. 6500 2,64 1,58 1,67 173,4 157,9 1,47 гз8 1,62 285,9 388,3 200(1653) 307 —

11-4. 5500 2,57 1,54 1,67 172,4 157,3 1,44 2,34 1,63 288,1 367,8 200(1543) 289 —

11-5. 6000 3,11 1,74 1,79 178,1 160,3 1,6 2,78 1,74 286,3 378,7 200(1988) 348 —

Обозначения Единица Значение Абсолютная Относительная

измерения аргумента погрешность погрешность

X ±Дх ±5х,%

р Атм. 50 0,5 1

р Атм. 25 0,25 1

т °С -100 0,35 0,35

т °С +100 0,35 0,35

Таблица 7

Параметр 7ГК 71т Лз 0 И

Относительная погрешность ±5х,% 2% 2% 5% 5% 0,5%