This article describes a rotary piston pneumatic engine with a gas exchange system design that minimizes the value of the relative dead volume, as well as ensures the minimum dimensions and weight of the engine. The main purpose of the study is to evaluate the conversion efficiency of com-pressed air energy in the working cylinder of the rotary piston pneumatic engines using the exergy method of thermodynamic analysis. To achieve the set goal of the study, physical modeling of various operation modes has been performed. The most significant result is that, based on the physical and mathematical modeling, a thermodynamic assessment of the efficiency of the compressed air energy conversion has been performed. The significance of the results obtained lies in the fact that the effect of the main operational parameters of the pneumatic engine on the efficiency of energy conversion is established. The basic equations of the exergy method of the thermodynamic analysis are presented. The results of physical and mathematical modeling of various operation modes are presented. The main reasons for the decrease in the energy conversion efficiency at low and rated loads are empha-sized. The amount of exergy supplied with the air flow was established, which, depending on the op-eration mode, amounted to 2.2…11.4 kW. According to the presented results, the most optimal speed range, based on the achievement of the maximum values of the specific efficient work and exergy ef-ficiency, is 55…70% of the nominal value. It was found that an increase in the operation pressure de-creases slightly the exergy efficiency. A twofold increase in the operation pressure of the pneumatic engine increases the efficient power by 46 % at a simultaneous decrease in the exergy efficiency by 8.2 %.

În acest articol se investigează un motor de aer cu piston rotativ cu un sistem de schimb de gaze care minimizează ca valoarea volumului mort relativ, precum și contribuie la asigurarea dimensiunii și greutății minime a motorului. Scopul principal al studiului este de a evalua eficiența conversiei energiei aerului comprimat în cilindrul de lucru al unui motor pneumatic cu piston rotativ prin metoda exergică a analizei termodinamice. Pentru a realiza obiectivul stabilit al studiului, a fost realizată modelarea fizică a diferitelor moduri de funcționare ale motorului pneumatic cu piston rotativ. Cel mai important rezultat este că, pe baza rezultatelor modelării fizice prin metoda modelării matematice, a fost efectuată o evaluare termodinamică a eficienței transformării energiei aerului comprimat într-un motor pneumatic cu piston rotativ. Semnificația rezultatelor obținute constă în faptul că s-a stabilit influența principalilor parametri operaționali ai unui motor pneumatic cu piston rotativ asupra eficienței conversiei energiei. Sunt prezentate ecuațiile de bază ale metodei exergice a analizei termodinamice. Sunt prezentate rezultatele modelării fizice și matematice a diferitelor moduri de funcționare ale unui motor pneumatic cu piston rotativ. Sunt evidențiate principalele motive pentru scăderea eficienței conversiei energiei la sarcini reduse și nominale ale motorului pneumatic. Cantitatea de energie furnizată odată cu fluxul de aer comprimat este determinată în funcție de modul de funcționare. Conform rezultatelor cercetării prezentate, cea mai optimă gamă de rotații ale unui motor cu aer cu piston rotativ, bazată pe realizarea valorilor maxime ale muncii eficiente specifice și eficienței exergice, este de 55...70% din valoarea nominală. S-a constatat că o creștere a presiunii de funcționare a unui motor pneumatic cu piston rotativ duce la o ușoară scădere a eficienței exergice. O creștere de două ori a presiunii de funcționare în receptorul de admisie al unui motor cu aer cu piston rotativ contribuie la o creștere a puterii efective cu 46%, reducând în același timp eficiența energetică cu 8,2%. Rezultatele cercetării prezentate pot fi utilizate în proiectarea și construcția de noi eșantioane de motoare pneumatice cu piston rotativ în diverse scopuri.

В данной статье рассмотрен роторно-поршневой пневмодвигатель с конструкцией системы газообмена позволяющей минимизировать значение относительного мертвого объема, а также способствующей обеспечению минимальных габаритов и массы двигателя. Основной целью исследования является оценка эффективности преобразования энергии сжатого воздуха в рабочем цилиндре роторно-поршневого пневмодвигателя эксергетическим методом термодинамического анализа. Для достижения поставленной цели исследования выполнено физическое моделирование различных эксплуатационных режимов работы роторно-поршневого пневмодвигателя. Наиболее существенным результатом является то, что на основе результатов физического моделирования методом математического моделирования выполнена термодинамическая оценка эффективности преобразования энергии сжатого воздуха в роторно-поршневом пневмодвигателе. Значимость полученных результатов состоит в том, что установлено влияние основных эксплуатационных параметров роторно-поршневого пневмодвигателя на эффективность энергопреобразования. Приведены основные уравнения эксергетического метода термодинамического анализа. Представлены результаты физического и математического моделирования различных режимов работы роторно-поршневого пневмодвигателя. Выделены основные причины снижения эффективности энергопреобразования на режимах малых и номинальных нагрузок пневмодвигателя. Установлено количество подводимой с потоком сжатого воздуха эксергии в зависимости от эксплуатационного режима. Согласно представленным результатам исследования наиболее оптимальным диапазоном оборотов роторно-поршневого пневмодвигателя, исходя из достижения максимальных значений удельной эффективной работы и эксергетического КПД, является 55…70 % от номинального значения. Установлено, что повышение рабочего давления роторно-поршневого пневмодвигателя приводит к незначительному снижению эксергетического КПД. Увеличение рабочего давления во впускном ресивере роторно-поршневого пневмодвигателя в два раза способствует увеличению эффективной мощности на 46 % при одновременном снижении эксергетического КПД на 8,2 %. Представленные результаты исследований могут использоваться при проектировании и конструировании новых образцов роторно-поршневых пневмодвигателей разного назначения.