Design e simulazione numerica del profilo del rotore del compressore di prisma

La progettazione e la simulazione numerica del profilo del rotore del compressore del rotore ad angolo largo sono state eseguite da Zhang Zhaohe (Harbin Institute of Technology (Weihai, Shandong Weihai 264209) Metodo di progettazione o selezione. Per la progettazione del prototipo di test del compressore prismatico, CFD, CFD L'analisi è stata adottata.

1 Panoramica del compressore prismatico come nuovo compressore volumetrico rotativo con diritti di proprietà intellettuale indipendente (numero di brevetto di invenzione: ZL200610042114.8), rispetto all'attuale compressore a vite con vantaggi di mercato, ha un semplice elaborazione del rotore e un passaggio di perdite. (Nessun triangolo di perdite, progettazione flessibile di porte di aspirazione e di scarico, requisiti di selezione dei cuscinetti bassi, bassa velocità operativa, bassi costi di produzione, alta efficienza di lavoro, ecc.)

Il compressore prismatico ha una vasta gamma di applicazioni ed è sostanzialmente applicabile al caso di un compressore a vite. L'applicazione della tecnologia del compressore prismatico sulla base della tecnologia industriale esistente può massimizzare l'eredità della tecnologia del compressore a vite esistente, come la selezione e la progettazione del profilo del rotore del compressore prismatico, nonché l'uso del compressore prismatico . La selezione e la progettazione di cuscinetti, guarnizioni dell'albero, ingranaggi sincroni e strutture macchine possono sfruttare appieno i risultati tecnici dei compressori a vite esistenti. Questa è la promozione dei compressori prismatici e il principio di lavoro dei compressori prismatici. È stato progettato un profilo bilaterale a forma di rotore a forma di arco simmetrico e sono stati progettati i componenti principali del prototipo di test. Quindi la simulazione numerica a base di CFD è stata eseguita sul processo di compressione.

2 Design del profilo del rotore Nel compressore prismatico, il design del profilo del rotore è un compito chiave nella progettazione dell'intero compressore prismatico. Secondo la legge del meshing, il rapporto tra il numero di volti di tipo cresta sui rotori maschi e femmine del compressore prismatico al numero di scanalature del tipo concavo è uguale al rapporto del diametro o del raggio del cerchio del tono L'anodo e il catodo, l'anodo e il catodo sono generalmente preferiti. Il rapporto tra il numero di facce di tipo costola e il numero di facce di tipo scanalatura è 2/2, 2/3, 3/3, 3/4, ecc., In modo che possa essere ottenuto il più alto rapporto di pressione possibile.

Simile al compressore a vite, il profilo del rotore del compressore prismatico ha sia una linea simmetrica che una linea asimmetrica e una linea singola e un tipo a doppia faccia. Per il compressore a vite, sono progettate varie linee asimmetriche per ridurre al minimo l'influenza del triangolo di perdita sulla perdita e sul consumo di energia dell'intera macchina, ma per il compressore prismatico, poiché non esiste nella struttura il triangolo è trapelato, Quindi una semplice linea simmetrica bilaterale può essere utilizzata il più possibile, che evita il punto acuto e la concentrazione di sollecitazione sulla linea del tipo di rotore e garantisce la progettazione, la produzione e il debug del compressore prismatico. In questo documento, la linea di arco circolare simmetrico bilaterale viene prelevato come esempio per illustrare il processo di progettazione del profilo del rotore del compressore prismatico dello schema di combinazione del rotore con il rapporto tra il numero di profili 2/3.

Viene mostrata la linea dell'arco circolare a due isimmetriche del rotore femmina con un tipo di scanalatura di 3 e il raggio del cerchio del tono è RA. L'arco circolare bilateralmente simmetrico del rotore maschio con il numero di creste è 2 e viene mostrato il cerchio del tono. Il raggio è RIT e il numero di denti di ingranaggi sincroni collegati agli alberi del rotore positivo e negativo è rispettivamente ZI e Z2. Il rapporto di ingranaggio degli ingranaggi al centro e dei rotori Yin e Yang e le loro relazioni corrispondenti sono mostrati nella Tabella 1.

AB, EF, HI e LM sono il centro dell'arco del rispettivo tono del rotore e il raggio del segmento dell'arco, il raggio dell'arco è diverso dalla progettazione del compressore a vite, indipendentemente dalle sue influenze del triangolo di perdita.

Il segmento CD e il segmento K sono segmenti di arco circolare di raggio R, in cui la parte superiore del segmento dell'arco K sul rotore maschio è completato dal cerchio esterno con un diametro di 2Rit+2R-A o 2RA+2R. L'effetto di taglio, il vantaggio di questo è: (1 può formare un sigillo facciale tra il rotore maschio e la parete della cavità interna; la compressione Q può finire per ottenere un volume di spazio minore (3 attraverso la regolazione delle dimensioni può rendere il corpo di Il rotore femmina e maschile I diametri interni delle camere interne sono uguali, in modo che la distribuzione dello stress e la dissipazione del calore dell'alloggiamento siano più uniformi e anche la modanatura e la lavorazione dell'alloggiamento.

Tabella 1 Yin e Yang Rotore Bilaterale Bilaterale Simmetrico ARC circolare composizione Curva del dente Yin rotore yang arco punto cicloidale punto cicloide punto cicloide punto cicloide point arco L'equazione del segmento dell'arco sopra è ovviamente più facile da determinare. I segmenti BC, DE, I e KL sono segmenti di pendolo. I risultati della derivazione dell'equazione cicloide sono i valori del centro e l'intervallo di valori ancora determinati dalla relazione geometrica nel grafico in base alla relazione di trasformazione delle coordinate e alle condizioni dell'involucro.

Sulla base della determinazione del profilo del rotore, il profilo del rotore viene allungato nella direzione dell'asse del rotore per formare un profilo scanalato o a costine parallelo alla direzione assiale dei rotori femmine e maschili, completando così il maschio e la femmina Rotori. La forma della parte principale è come mostrato.

La differenza essenziale tra il rotore nel compressore prismatico e il rotore nel compressore a vite può essere vista dalla figura.

Allo stesso tempo, in base alla determinazione del profilo del rotore, in base all'equazione della curva del dente del rotore Yin e Yang, combinata con le dimensioni strutturali effettive del rotore e il cilindro a forma di ~ e la posizione di partenza della posizione L'orifizio di scarico, i denti del rotore Yin e Yang possono essere ottenuti mediante metodo analitico. L'area tra l'area e la fine della compressione, come AM, 42 e 43. Secondo l'effettiva lunghezza di lavoro L del rotore Yin e Yang, è possibile ottenere il volume V inter-dogco in realtà coinvolto nella corsa di compressione, Cioè, se il gas compresso è ideale per il gas, il rapporto di pressione interno del compressore di prisma può essere approssimato, cioè il rapporto tra parentesi è il rapporto di volume interno del compressore di prisma e M è l'indice multi-processo , che può essere selezionato facendo riferimento ai dati empirici del compressore a vite.

La parte del diario al di fuori del corpo del rotore è progettata secondo il metodo di progettazione dell'albero ordinario. Simile al principio di progettazione del rotore del compressore a vite, anche il rotore del compressore prismatico è diviso in un tipo integrale e un tipo combinato. Può anche adottare una struttura di raffreddamento interno o un dente di tenuta o una costola di tenuta. Inoltre, poiché i due rotori del compressore prismatico sono ruotati dagli ingranaggi sincroni, i due rotori non sono in realtà a contatto, quindi la selezione del rotore del compressore prismatico può essere resa più ampia di quella del rotore dell'olio -Il compressore a vite iniettato. In questo documento, il materiale del rotore del prototipo è realizzato in acciaio di carbonio medio ordinario.

3 Altri componenti principali Progettazione e selezione 3.1 Il corpo è uno dei componenti principali del compressore prismatico. È il vettore per il rotore del compressore, il cuscinetto, la tenuta dell'albero, l'ingranaggio sincrono e altri componenti. Simile al compressore a vite, è anche composto dalla parte del cilindro della parte centrale e dal coperchio finale di entrambe le estremità. Il coperchio dell'estremità laterale può essere modellato integralmente con il corpo del cilindro in base alla situazione reale o può essere fabbricato separatamente.

Poiché le porte di ingresso e di scarico del compressore di prisma sono più flessibili del compressore a vite, le porte di aspirazione e di scarico possono essere progettate per essere aspirazione o scarico radiali o possono essere progettate per aspirazione e scarico assiale. Inoltre, il cilindro del compressore prismatico può anche essere progettato come una struttura a parete singola o una struttura a doppia parete, se necessario. Inoltre, il materiale del corpo del compressore prismatico può anche essere selezionato da materiali diversi come ghisa grigia ordinaria, ferro duttile, acciaio in ghisa, acciaio in lega o acciaio inossidabile.

Il prototipo di test coinvolto in questo documento adotta una forma strutturale in cui vengono lanciati integralmente una copertura finale e il cilindro e le porte di ingresso e di scarico sono progettate come una struttura di aspirazione e scarico radiale, il corpo del cilindro è una struttura a parete a strato singolo, e il materiale è realizzato in ferro duttile.

3.2 Il cuscinetto è anche uno dei componenti chiave del compressore prismatico. Simile al compressore a vite, anche il cuscinetto utilizzato nel compressore prismatico è diviso in due tipi: cuscinetto rotolante e cuscinetto scorrevole. Nel compressore prismatico non largo, viene generalmente utilizzato il cuscinetto di rotolamento. . Tuttavia, poiché i profili del rotore maschile e femminile del compressore prismatico sono superfici del fianco dritto, durante la rotazione non viene generata alcuna forza assiale, in modo da poter selezionare solo il diametro della marcia sperone e l'aspirazione assiale e la pressione di scarico. Il cuscinetto radiale Xiangli riduce il numero di cuscinetti rispetto ai compressori a vite; E poiché la velocità del compressore di prisma è inferiore, può essere sostituita con cuscinetti domestici anziché cuscinetti importati. I cuscinetti sostituiscono i cuscinetti ad alta precisione.

Il prototipo di test di questo documento utilizza solo 4 cuscinetti a sfera di contatto angolare di grado P5 di grado P5.

3.3 Il principio di selezione della guarnizione dell'albero del compressore prism della tenuta dell'albero è simile a quello del compressore a vite. Per compressori prismatici senza olio, sono disponibili guarnizioni ad anello di grafite, guarnizioni dell'albero labirinto o guarnizioni meccaniche dell'albero; Per i compressori del prisma a getto d'olio, è possibile applicare una certa pressione tra la sezione del corpo del rotore e i cuscinetti l'olio di tenuta viene sigillato. Nella sezione dell'albero esterno del rotore, è possibile utilizzare una semplice tenuta per la tenuta o è possibile utilizzare una tenuta meccanica lubrificata dall'olio. Inoltre, per il compressore prismatico, la tenuta dell'albero può essere selezionata senza distinguere tra l'estremità di aspirazione e l'estremità di scarico.

Il prototipo di test di questa carta progetta una guarnizione dell'olio di tenuta tra la sezione del corpo del rotore e il cuscinetto e viene utilizzata una tenuta per le labbra nella sezione dell'albero esterno del rotore.

3.4 ingranaggi sincroni perché il numero di denti meshing sul rotore del compressore prismatico è piccolo, sia il compressore del prisma del getto d'olio che il compressore di prisma oilless devono realizzare la rotazione sincrona del gruppo del rotore mediante la marcia sincrona, quindi il marcia sincrona è anche un prisma. I componenti principali del compressore dell'asta.

Simile ad altre macchine di compressione con meccanismi di ingranaggi sincroni, al fine di garantire l'accuratezza del rotore, il livello di accuratezza degli ingranaggi sincroni del compressore prismatico ha anche requisiti più elevati e deve essere superiore a 6 precisione. Inoltre, al fine di prevenire lo spostamento assiale dell'ingranaggio, la corretta relazione di mesh del rotore viene distrutta e allo stesso tempo, al fine di garantire l'installazione e la regolazione durante l'assemblaggio, l'ingranaggio sincrono è più affidabile con uno sperone ingranaggio. Il prototipo di test di questo documento è progettato con una coppia di ingranaggi Spur, in cui l'ingranaggio di sincronizzazione collegato al rotore femmina è progettato come una struttura regolabile.

4 Simulazione numerica del processo di compressione Al fine di studiare se il prototipo di test del compressore prismatico completato in base all'idea di progettazione sopra può realizzare il processo di compressione interna, la simulazione dinamica del processo di compressione viene eseguita utilizzando il software di analisi CFD utilizzando la mesh dinamica Tecnologia per il modello semplificato del prototipo di test.

Vengono mostrati i risultati dinamici di simulazione numerica della distribuzione della pressione nella camera di compressione del prototipo di test a diverse velocità di rotazione, in cui Q e la distribuzione della pressione nella camera di compressione sono rispettivamente 1200R/min e 3000R/min, e l'unità di pressione è PA . Vedi dalla figura la pressione del gas nel volume inter-dono coinvolto nel processo di compressione ha raggiunto una pressione istantanea locale di 2,81 MPa e 4,23 MPa rispettivamente prima della comunicazione con la porta di scarico a due velocità di rotazione e anche la pressione istantanea locale aumenta con l'aumento della velocità di rotazione. È aumentato in modo significativo.

I risultati della simulazione numerica di cui sopra riflettono da un lato che il compressore prismatico può ottenere un forte processo di compressione interna e, dall'altro, riflette che l'aumento della velocità di rotazione può migliorare l'effetto di tenuta della velocità, il che è coerente con l'effettivo Situazione della maggior parte delle apparecchiature di compressione del tipo di sigillo di gap. .

5 Conclusione Prendendo il profilo bilaterale del rotore dell'arco simmetrico come esempio, viene completata la progettazione del profilo del rotore del prototipo di test del compressore prismatico e il prisma dei risultati della linea di linea a forma di arco circolare simmetrico bilaterale e il prisma viene introdotta la compressione. Metodi di progettazione e selezione per altri principali componenti del prototipo di test della macchina. Utilizzando il software di analisi CFD, il modello dinamico del processo di compressione è stato effettuato utilizzando la tecnica della griglia dinamica per il modello semplificato del prototipo di test. I risultati mostrano che la pressione istantanea locale è ottenuta nel volume inter-dono coinvolto nel processo di compressione, confermando il compressore prismatico. È possibile ottenere un forte processo di compressione interna.